Công nghệ nguồn laser cho cảm biến sợi quang Phần hai

Công nghệ nguồn laser cho cảm biến sợi quang Phần hai

2.2 Quét bước sóng đơnnguồn laser

Việc thực hiện quét bước sóng đơn bằng laser về cơ bản là để kiểm soát các tính chất vật lý của thiết bị trongtia laserkhoang (thường là bước sóng trung tâm của băng thông hoạt động), để đạt được sự kiểm soát và lựa chọn chế độ dọc dao động trong khoang, để đạt được mục đích điều chỉnh bước sóng đầu ra. Dựa trên nguyên lý này, ngay từ những năm 1980, việc hiện thực hóa laser sợi quang có thể điều chỉnh chủ yếu đạt được bằng cách thay thế mặt cuối phản xạ của laser bằng cách tử nhiễu xạ phản xạ và chọn chế độ khoang laser bằng cách xoay và điều chỉnh cách tử nhiễu xạ thủ công. Năm 2011, Zhu và cộng sự đã sử dụng các bộ lọc có thể điều chỉnh để đạt được đầu ra laser có thể điều chỉnh bước sóng đơn với độ rộng vạch phổ hẹp. Năm 2016, cơ chế nén độ rộng vạch phổ Rayleigh đã được áp dụng cho nén bước sóng kép, nghĩa là, ứng suất được áp dụng cho FBG để đạt được điều chỉnh laser bước sóng kép và độ rộng vạch phổ laser đầu ra được theo dõi cùng lúc, thu được phạm vi điều chỉnh bước sóng là 3 nm. Đầu ra ổn định bước sóng kép với độ rộng vạch phổ khoảng 700 Hz. Năm 2017, Zhu và cộng sự Sử dụng graphene và cách tử Bragg sợi micro-nano để tạo thành bộ lọc điều chỉnh toàn quang, kết hợp với công nghệ thu hẹp laser Brillouin, tận dụng hiệu ứng quang nhiệt của graphene gần 1550 nm để đạt được độ rộng vạch phổ laser thấp tới 750 Hz và khả năng quét nhanh và chính xác bằng quang học ở mức 700 MHz/ms trong dải bước sóng 3,67 nm. Như minh họa trong Hình 5. Phương pháp điều khiển bước sóng nêu trên về cơ bản thực hiện việc lựa chọn chế độ laser bằng cách thay đổi trực tiếp hoặc gián tiếp bước sóng trung tâm dải thông của thiết bị trong khoang laser.

Hình 5 (a) Thiết lập thử nghiệm của bước sóng có thể điều khiển bằng quang học-laser sợi quang có thể điều chỉnhvà hệ thống đo lường;

(b) Phổ đầu ra ở đầu ra 2 với sự tăng cường của bơm điều khiển

2.3 Nguồn sáng laser trắng

Sự phát triển của nguồn sáng trắng đã trải qua nhiều giai đoạn như đèn halogen vonfram, đèn deuterium,laser bán dẫnvà nguồn sáng siêu liên tục. Đặc biệt, nguồn sáng siêu liên tục, dưới sự kích thích của các xung femto giây hoặc pico giây với công suất siêu thoáng qua, tạo ra các hiệu ứng phi tuyến tính ở nhiều cấp độ khác nhau trong ống dẫn sóng, và phổ được mở rộng đáng kể, có thể bao phủ dải từ ánh sáng khả kiến ​​đến hồng ngoại gần và có tính kết hợp mạnh. Ngoài ra, bằng cách điều chỉnh độ tán sắc và tính phi tuyến tính của sợi quang đặc biệt, phổ của nó thậm chí có thể được mở rộng đến dải hồng ngoại giữa. Loại nguồn laser này đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như chụp cắt lớp quang học kết hợp, phát hiện khí, hình ảnh sinh học, v.v. Do hạn chế của nguồn sáng và môi trường phi tuyến tính, phổ siêu liên tục ban đầu chủ yếu được tạo ra bằng thủy tinh quang học bơm laser trạng thái rắn để tạo ra phổ siêu liên tục trong dải khả kiến. Kể từ đó, sợi quang đã dần trở thành một môi trường tuyệt vời để tạo ra siêu liên tục băng rộng nhờ hệ số phi tuyến tính lớn và trường chế độ truyền dẫn nhỏ. Các hiệu ứng phi tuyến tính chính bao gồm trộn bốn sóng, mất ổn định điều chế, điều chế tự pha, điều chế chéo pha, phân tách soliton, tán xạ Raman, dịch chuyển tần số tự soliton, v.v., và tỷ lệ của mỗi hiệu ứng cũng khác nhau tùy theo độ rộng xung của xung kích thích và độ tán sắc của sợi quang. Nhìn chung, hiện nay nguồn sáng siêu liên tục chủ yếu hướng tới việc cải thiện công suất laser và mở rộng dải quang phổ, đồng thời chú trọng đến việc kiểm soát tính kết hợp của nó.

3 Tóm tắt

Bài báo này tóm tắt và đánh giá các nguồn laser được sử dụng để hỗ trợ công nghệ cảm biến sợi quang, bao gồm laser dải tần hẹp, laser điều chỉnh tần số đơn và laser trắng băng thông rộng. Các yêu cầu ứng dụng và tình hình phát triển của các laser này trong lĩnh vực cảm biến sợi quang được giới thiệu chi tiết. Bằng cách phân tích các yêu cầu và tình hình phát triển của chúng, có thể kết luận rằng nguồn laser lý tưởng cho cảm biến sợi quang có thể đạt được công suất laser cực hẹp và cực kỳ ổn định ở bất kỳ băng tần nào và bất kỳ thời điểm nào. Do đó, chúng tôi bắt đầu với laser dải tần hẹp, laser dải tần hẹp điều chỉnh được và laser ánh sáng trắng với băng thông khuếch đại rộng, đồng thời tìm ra một phương pháp hiệu quả để hiện thực hóa nguồn laser lý tưởng cho cảm biến sợi quang bằng cách phân tích sự phát triển của chúng.