የጨረር ምንጭ ቴክኖሎጂ ለኦፕቲካል ፋይበር ዳሳሽ ክፍል አንድ

የሌዘር ምንጭ ቴክኖሎጂ ለኦፕቲካል ፋይበርክፍል አንድ ግንዛቤ

የኦፕቲካል ፋይበር ሴንሲንግ ቴክኖሎጂ ከኦፕቲካል ፋይበር ቴክኖሎጂ እና ከኦፕቲካል ፋይበር ኮሙኒኬሽን ቴክኖሎጂ ጋር አብሮ የተሰራ የዳሰሳ ቴክኖሎጂ አይነት ሲሆን በጣም ንቁ ከሆኑ የፎቶ ኤሌክትሪክ ቴክኖሎጂ ቅርንጫፎች አንዱ ሆኗል።የኦፕቲካል ፋይበር ዳሳሽ ሲስተም በዋናነት በሌዘር፣ በትራንስሚሽን ፋይበር፣ ሴንሲንግ ኤለመንት ወይም ሞጁሌሽን አካባቢ፣ ብርሃን ማወቂያ እና ሌሎች ክፍሎችን ያቀፈ ነው።የብርሃን ሞገድ ባህሪያትን የሚገልጹት መለኪያዎች ጥንካሬ, የሞገድ ርዝመት, ደረጃ, የፖላራይዜሽን ሁኔታ, ወዘተ ያካትታሉ. እነዚህ መለኪያዎች በኦፕቲካል ፋይበር ማስተላለፊያ ውስጥ በውጫዊ ተጽእኖዎች ሊለወጡ ይችላሉ.ለምሳሌ የሙቀት መጠን፣ ውጥረት፣ ግፊት፣ ወቅታዊ፣ መፈናቀል፣ ንዝረት፣ መዞር፣ መታጠፍ እና የኬሚካል መጠን በኦፕቲካል መንገዱ ላይ ተጽዕኖ በሚያሳድሩበት ጊዜ እነዚህ መለኪያዎች በተመሳሳይ መልኩ ይለወጣሉ።የኦፕቲካል ፋይበር ዳሳሽ በነዚህ ግቤቶች እና በውጫዊ ሁኔታዎች መካከል ባለው ግንኙነት ላይ የተመሰረተ ነው ተዛማጅ አካላዊ መጠኖች .

ብዙ ዓይነቶች አሉ።የሌዘር ምንጭበኦፕቲካል ፋይበር ዳሳሽ ስርዓቶች ውስጥ ጥቅም ላይ ይውላል ፣ እሱም በሁለት ምድቦች ሊከፈል ይችላል-የተጣጣመየሌዘር ምንጮችእና የማይነጣጠሉ የብርሃን ምንጮች, የማይጣጣሙየብርሃን ምንጮችበዋነኛነት የሚበራ ብርሃን እና ብርሃን-አመንጪ ዳዮዶችን ያካትታሉ፣ እና ወጥነት ያላቸው የብርሃን ምንጮች ጠንካራ ሌዘር፣ ፈሳሽ ሌዘር፣ ጋዝ ሌዘር፣ሴሚኮንዳክተር ሌዘርእናፋይበር ሌዘር.የሚከተለው በዋናነት ለየሌዘር ብርሃን ምንጭበቅርብ ዓመታት ውስጥ በፋይበር ዳሳሽ መስክ በሰፊው ጥቅም ላይ የዋለ: ጠባብ መስመር ስፋት ነጠላ-ድግግሞሽ ሌዘር ፣ ባለአንድ የሞገድ ርዝመት ጠረገ ድግግሞሽ ሌዘር እና ነጭ ሌዘር።

1.1 ለጠባብ የመስመር ስፋት መስፈርቶችየሌዘር ብርሃን ምንጮች

የኦፕቲካል ፋይበር ዳሳሽ ስርዓት ከጨረር ምንጭ ሊለይ አይችልም, እንደ የሚለካው ሲግናል ሞደም የብርሃን ሞገድ, የሌዘር ብርሃን ምንጭ ራሱ አፈጻጸም, እንደ ኃይል መረጋጋት, የሌዘር መስመር ስፋት, ደረጃ ጫጫታ እና የጨረር ፋይበር ዳሳሽ ሥርዓት ማወቂያ ርቀት ላይ ሌሎች መለኪያዎች, ማወቂያ. ትክክለኛነት, ስሜታዊነት እና የድምጽ ባህሪያት ወሳኝ ሚና ይጫወታሉ.ከቅርብ ዓመታት ውስጥ, የረጅም ርቀት እጅግ በጣም ከፍተኛ ጥራት ኦፕቲካል ፋይበር ዳሳሽ ስርዓቶች ልማት ጋር, አካዳሚ እና ኢንዱስትሪ የሌዘር miniaturization ያለውን የመስመር ስፋት አፈጻጸም ይበልጥ ጥብቅ መስፈርቶችን አቅርበዋል, በዋነኝነት ውስጥ: የጨረር ድግግሞሽ ጎራ ነጸብራቅ (OFDR) ቴክኖሎጂ ወጥነት ይጠቀማል. የማወቂያ ቴክኖሎጂ የ backrayleigh የተበታተኑ የኦፕቲካል ፋይበር ምልክቶችን በድግግሞሽ ጎራ ውስጥ ለመተንተን ሰፊ ሽፋን (በሺህ ሜትሮች)።የከፍተኛ ጥራት (ሚሊሜትር-ደረጃ ጥራት) እና ከፍተኛ ስሜታዊነት (እስከ -100 ዲቢኤም) ጥቅሞች በተከፋፈለ የኦፕቲካል ፋይበር ልኬት እና ዳሳሽ ቴክኖሎጂ ውስጥ ሰፊ የትግበራ ተስፋዎች ካሉት ቴክኖሎጂዎች አንዱ ሆነዋል።የኦፌዲአር ቴክኖሎጂ ዋና ነገር የጨረር ፍሪኩዌንሲ ማስተካከያን ለማግኘት ሊስተካከል የሚችል የብርሃን ምንጭን መጠቀም ነው፡ ስለዚህ የሌዘር ምንጭ አፈጻጸም እንደ OFDR የማወቂያ ክልል፣ ስሜታዊነት እና መፍታት ያሉ ቁልፍ ነገሮችን ይወስናል።የነጸብራቅ ነጥብ ርቀት ወደ ቅንጅት ርዝመት ሲቃረብ፣ የድብደባ ምልክቱ መጠን በ Coefficient τ/τc በከፍተኛ ሁኔታ ይቀንሳል።ለጋውሲያን የብርሃን ምንጭ የእይታ ቅርጽ ያለው፣ የድብደባው ድግግሞሽ ከ90% በላይ ታይነት እንዲኖረው፣ በብርሃን ምንጭ መስመር ስፋት እና ስርዓቱ ሊያሳካው የሚችለው ከፍተኛው የዳሰሳ ርዝመት መካከል ያለው ግንኙነት Lmax ~ 0.04vg ነው። / f, ይህም ማለት በ 80 ኪ.ሜ ርዝመት ያለው ፋይበር, የብርሃን ምንጭ የመስመሩ ስፋት ከ 100 Hz ያነሰ ነው.በተጨማሪም, የሌሎች አፕሊኬሽኖች እድገት ለብርሃን ምንጩ የመስመር ስፋት ከፍተኛ መስፈርቶችን አስቀምጧል.ለምሳሌ, በኦፕቲካል ፋይበር ሃይድሮፎን ሲስተም ውስጥ, የብርሃን ምንጩ የመስመር ስፋት የስርዓቱን ድምጽ የሚወስን እና እንዲሁም የስርዓቱን አነስተኛ የሚለካ ምልክት ይወስናል.በብሪሎዊን ኦፕቲካል ጊዜ ዶሜይ አንጸባራቂ (BOTDR) የሙቀት መጠን እና የጭንቀት መለኪያው የሚወሰነው በዋናነት በብርሃን ምንጩ የመስመር ስፋት ነው።በሪዞናተር ፋይበር ኦፕቲክ ጋይሮ ውስጥ የብርሃን ሞገድ የጥምረት ርዝመት የብርሃን ምንጩን የመስመሮች ስፋት በመቀነስ የሬዞናተሩን ጥራት እና ሬዞናንስ ጥልቀት በማሻሻል የሬዞናተሩን የመስመሩን ስፋት በመቀነስ እና የመለኪያውን መጠን በማረጋገጥ የብርሃን ሞገድ ርዝመት መጨመር ይቻላል ። የፋይበር ኦፕቲክ ጋይሮ ትክክለኛነት.

1.2 የጨረር ምንጮችን ለመጥረግ የሚያስፈልጉ መስፈርቶች

ነጠላ የሞገድ ርዝመት ጠረገ ሌዘር ተለዋዋጭ የሞገድ ርዝመት ማስተካከያ አፈጻጸም አለው፣ በርካታ ውፅዓት ቋሚ የሞገድ ሌዘርዎችን ሊተካ ይችላል፣የስርዓት ግንባታ ወጪን ይቀንሳል፣የጨረር ፋይበር ዳሳሽ ስርዓት አስፈላጊ አካል ነው።ለምሳሌ፣ በክትትል ጋዝ ፋይበር ዳሰሳ፣ የተለያዩ አይነት ጋዞች የተለያዩ የጋዝ መምጠጥ ጫፎች አሏቸው።የመለኪያ ጋዝ በቂ በሚሆንበት ጊዜ እና ከፍተኛ የመለኪያ ስሜታዊነት ላይ ለመድረስ የብርሃን መምጠጥን ውጤታማነት ለማረጋገጥ, የማስተላለፊያውን የብርሃን ምንጭ የሞገድ ርዝመት ከጋዝ ሞለኪውል የመሳብ ጫፍ ጋር ማመጣጠን አስፈላጊ ነው.ሊታወቅ የሚችለው የጋዝ አይነት በመሠረቱ በብርሃን ምንጭ የሞገድ ርዝመት ይወሰናል.ስለዚህ ጠባብ የመስመራዊ ስፋት ሌዘር የተረጋጋ የብሮድባንድ ማስተካከያ አፈፃፀም በእንደዚህ ዓይነት የዳሰሳ ስርዓቶች ውስጥ ከፍተኛ የመለኪያ ልኬት አላቸው።ለምሳሌ በአንዳንድ የተከፋፈሉ የኦፕቲካል ፋይበር ዳሳሽ ሲስተሞች በኦፕቲካል ፍሪኩዌንሲ ጎራ ነጸብራቅ ላይ ተመስርተው ከፍተኛ ትክክለኝነት ወጥነት ያለው ፈልጎ ማግኘት እና የኦፕቲካል ሲግናሎችን ማበላሸት ለማግኘት ሌዘርን በፍጥነት መጥረግ ያስፈልጋል። , እና የሚስተካከለው ሌዘር የመጥረግ ፍጥነት ብዙውን ጊዜ ወደ 10 ፒኤም / μs ይደርሳል.በተጨማሪም የሞገድ ርዝመት ሊስተካከል የሚችል ጠባብ የመስመራዊ ስፋት ሌዘር በሊዳር፣ በሌዘር የርቀት ዳሳሽ እና ባለከፍተኛ ጥራት ስፔክትራል ትንተና እና ሌሎች የመዳሰሻ መስኮችም በስፋት ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል።የፋይበር ዳሳሽ መስክ ውስጥ ነጠላ-ሞገድ ሌዘር መካከል መቃኘት ትክክለኛነት እና መቃኛ ፍጥነት ከፍተኛ አፈጻጸም መለኪያዎችን ለማሟላት, ከቅርብ ዓመታት ውስጥ መስተካከል ጠባብ-ስፋት ፋይበር ሌዘር በማጥናት አጠቃላይ ግብ ከፍተኛ ለማሳካት ነው. እጅግ በጣም ጠባብ ሌዘር የመስመር ስፋት፣ እጅግ በጣም ዝቅተኛ ደረጃ ጫጫታ እና እጅግ በጣም የተረጋጋ የውጤት ድግግሞሽ እና ሃይልን በመከታተል ላይ በመመስረት በትልቁ የሞገድ ርዝመት ውስጥ ትክክለኛ ማስተካከያ።

1.3 የነጭ ሌዘር ብርሃን ምንጭ ፍላጎት

በኦፕቲካል ዳሳሽ መስክ ከፍተኛ ጥራት ያለው ነጭ ብርሃን ሌዘር የስርዓቱን አሠራር ለማሻሻል ትልቅ ጠቀሜታ አለው.የነጭ ብርሃን ሌዘር ስፔክትረም ሽፋን ሰፋ ባለ መጠን በኦፕቲካል ፋይበር ዳሳሽ ሲስተም ውስጥ ያለው አተገባበር ይበልጥ ሰፊ ይሆናል።ለምሳሌ፣ የፋይበር ብራግ ግሬቲንግ (ኤፍ.ቢ.ጂ) ሲጠቀሙ ሴንሰር ኔትወርክን ሲገነቡ፣ ስፔክትራል ትንታኔ ወይም ሊስተካከል የሚችል የማጣሪያ ማዛመጃ ዘዴ ለዲሞዲላይዜሽን ስራ ላይ ሊውል ይችላል።የመጀመሪያው በኔትወርኩ ውስጥ ያለውን እያንዳንዱን የFBG አስተጋባ የሞገድ ርዝመት በቀጥታ ለመፈተሽ ስፔክትሮሜትር ተጠቅሟል።የኋለኛው ኤፍቢጂን በዳሰሳ ውስጥ ለመከታተል እና ለማስተካከል የማጣቀሻ ማጣሪያ ይጠቀማል፣ ሁለቱም የብሮድባንድ ብርሃን ምንጭ ለFBG ለሙከራ ብርሃን ምንጭ ያስፈልጋቸዋል።እያንዳንዱ የFBG የመዳረሻ አውታረ መረብ የተወሰነ የማስገቢያ ኪሳራ ስለሚኖረው እና ከ 0.1 nm በላይ የመተላለፊያ ይዘት ስላለው የብዙ ኤፍቢጂ በአንድ ጊዜ ዲሞዲሽን ከፍተኛ ሃይል እና ከፍተኛ የመተላለፊያ ይዘት ያለው የብሮድባንድ መብራት ይፈልጋል።ለምሳሌ የረጅም ጊዜ ፋይበር ግሬቲንግ (LPFG)ን ለመዳሰስ በሚጠቀሙበት ጊዜ የአንድ ነጠላ ኪሳራ ጫፍ የመተላለፊያ ይዘት በ10 nm ቅደም ተከተል ስለሆነ በቂ የመተላለፊያ ይዘት ያለው እና በአንጻራዊነት ጠፍጣፋ ስፔክትረም ያለው ሰፊ የብርሃን ምንጭ ያስፈልጋል። ከፍተኛ ባህሪያት.በተለይም አኮስቲክ ፋይበር ግሬቲንግ (AIFG) አኮስቲክ-ኦፕቲካል ተጽእኖን በመጠቀም የሚገነባው በኤሌክትሪክ ማስተካከያ አማካኝነት እስከ 1000 nm የሚደርስ የማስተጋባት የሞገድ ርዝመትን ማስተካከል ይችላል።ስለዚህ፣ ተለዋዋጭ የግራቲንግ ሙከራ ከእንዲህ ዓይነቱ እጅግ በጣም ሰፊ የማስተካከያ ክልል ጋር ሰፊ የብርሃን ምንጭ የመተላለፊያ ይዘት ክልል ላይ ትልቅ ፈተና ይፈጥራል።በተመሳሳይ፣ በቅርብ ዓመታት ውስጥ፣ የታጠፈ ብራግ ፋይበር ፍርግርግ በፋይበር ዳሳሽ መስክም በስፋት ጥቅም ላይ ውሏል።በባለብዙ ጫፍ የመጥፋት ስፔክትረም ባህሪያት ምክንያት, የሞገድ ርዝመት ስርጭት ክልል ብዙውን ጊዜ 40 nm ሊደርስ ይችላል.የመዳሰሻ ዘዴው ብዙውን ጊዜ አንጻራዊ እንቅስቃሴን በበርካታ የመተላለፊያ ጫፎች መካከል ለማነፃፀር ነው, ስለዚህ የማስተላለፊያውን ስፔክትረም ሙሉ በሙሉ መለካት ያስፈልጋል.ሰፊው የብርሃን ምንጭ የመተላለፊያ ይዘት እና ኃይል ከፍ ያለ እንዲሆን ያስፈልጋል.

2. በአገር ውስጥ እና በውጭ አገር የምርምር ሁኔታ

2.1 ጠባብ የመስመር ስፋት ሌዘር ብርሃን ምንጭ

2.1.1 ጠባብ የመስመር ስፋት ሴሚኮንዳክተር የተከፋፈለ የግብረመልስ ሌዘር

በ 2006, ክሊቼ እና ሌሎች.ሴሚኮንዳክተር ያለውን MHz መጠን ቀንሷልDFB ሌዘር(የተከፋፈለ የግብረመልስ ሌዘር) የኤሌክትሪክ ግብረመልስ ዘዴን በመጠቀም ወደ kHz ልኬት;በ 2011, Kessler et al.ጥቅም ላይ የዋለ ዝቅተኛ የሙቀት መጠን እና ከፍተኛ መረጋጋት ነጠላ ክሪስታል ክፍተት ከነቃ የግብረመልስ ቁጥጥር ጋር የ 40 MHz እጅግ በጣም ጠባብ የመስመር ስፋት ሌዘር ውፅዓት ለማግኘት;እ.ኤ.አ. በ 2013 ፔንግ እና ሌሎች የውጭ ፋብሪ-ፔሮት (ኤፍፒ) ግብረመልስ ማስተካከያ ዘዴን በመጠቀም በ 15 kHz የመስመር ስፋት ያለው ሴሚኮንዳክተር ሌዘር ውጤት አግኝተዋል።የኤሌትሪክ ግብረመልስ ዘዴ በዋናነት የኩሬ-ድሬቨር-ሆል ፍሪኩዌንሲ ማረጋጊያ ግብረመልስን ተጠቅሞ የብርሃን ምንጩ የሌዘር ስፋት እንዲቀንስ አድርጓል።በ 2010, በርንሃርዲ እና ሌሎች.ወደ 1.7 kHz የመስመሮች ስፋት ያለው የሌዘር ውፅዓት ለማግኘት 1 ሴሜ ኤርቢየም-ዶፔድ alumina FBG በሲሊኮን ኦክሳይድ ንጣፍ ላይ ተመረተ።በዚያው ዓመት, Liang et al.በስእል 1 ላይ እንደሚታየው ለሴሚኮንዳክተር ሌዘር መስመር ስፋት መጭመቂያ በከፍተኛ-Q echo wall resonator የተቋቋመውን የኋለኛው የሬይሊ ብተና የራስ መርፌ ግብረመልስ ተጠቅሞ በመጨረሻም የ160 Hz ጠባብ መስመር ስፋት ያለው ሌዘር ውጤት አገኘ።

ምስል 1 (ሀ) ውጫዊ ሹክሹክታ ማዕከለ-ስዕላት ሁነታ resonator በራስ-መርፌ Rayleigh መበተን ላይ የተመሠረተ ሴሚኮንዳክተር ሌዘር መስመር ስፋት መጭመቂያ ንድፍ;
(ለ) የነጻ ሩጫ ሴሚኮንዳክተር ሌዘር የድግግሞሽ ስፔክትረም ከመስመር ስፋት 8 ሜኸር;
(ሐ) የሌዘር ድግግሞሽ ስፔክትረም ከመስመር ስፋት ጋር እስከ 160 Hz
2.1.2 ጠባብ የመስመር ስፋት ፋይበር ሌዘር

ለመስመራዊ አቅልጠው ፋይበር ሌዘር የነጠላ ቁመታዊ ሁነታ ጠባብ የመስመር ስፋት ሌዘር ውፅዓት የሚገኘው የሬዞናተሩን ርዝመት በማሳጠር እና ቁመታዊ ሁነታን ክፍተት በመጨመር ነው።በ 2004, Spiegelberg et al.የዲቢአር አጭር አጥር ዘዴን በመጠቀም አንድ ነጠላ ቁመታዊ ሁነታ ጠባብ የመስመር ስፋት ሌዘር ውፅዓት ከ 2 kHz የመስመር ስፋት ጋር አግኝቷል።በ 2007, Shen et al.FBG በ Bi-Ge አብሮ የተሰራ የፎቶሰንሲቲቭ ፋይበር ለመፃፍ 2 ሴ.ሜ በከፍተኛ ደረጃ ኤርቢየም-ዶፔድ የሲሊኮን ፋይበር ተጠቅሟል፣ እና ከአክቲቭ ፋይበር ጋር በማዋሃድ የታመቀ መስመራዊ ክፍተት እንዲፈጠር በማድረግ የሌዘር ውፅዓት መስመሩ ስፋት ከ1 kHz በታች እንዲሆን አድርጎታል።በ 2010, ያንግ እና ሌሎች.ከ2 ኪሎ ኸርዝ ያነሰ የመስመር ስፋት ያለው ነጠላ ቁመታዊ ሞድ ሌዘር ውፅዓት ለማግኘት 2 ሴ.ሜ በከፍተኛ ዶፒድ አጭር መስመራዊ ክፍተት ከጠባብ ባንድ FBG ማጣሪያ ጋር ተዳምሮ ተጠቅሟል።እ.ኤ.አ. በ 2014 ቡድኑ አጭር የመስመራዊ ክፍተት (ምናባዊ የታጠፈ ቀለበት ሬዞናተር) ከFBG-FP ማጣሪያ ጋር በማጣመር የሌዘር ውፅዓት በጠባብ መስመር ስፋት ላይ እንደሚታየው በስእል 3 እንደሚታየው በ2012 Cai et al.ከ114 ሜጋ ዋት በላይ የውጤት ሃይል፣ ማዕከላዊ የሞገድ ርዝመት 1540.3 nm እና የመስመር ስፋት 4.1 ኪ.ወበ 2013, Meng et al.ነጠላ-ቁመታዊ ሁነታን ለማግኘት ፣ 10 ሜጋ ዋት የሆነ የውጤት ኃይል ያለው ዝቅተኛ-ደረጃ ጫጫታ ሌዘር ውፅዓት ለማግኘት የ Brillouin መበተንን erbium-doped ፋይበር ተጠቅሟል።እ.ኤ.አ. በ 2015 ቡድኑ ዝቅተኛ ጣራ እና ጠባብ የመስመር ስፋት ሌዘር ውፅዓት ለማግኘት የBrillouin መበተን መካከለኛ ለማግኘት 45 ሴ.ሜ erbium-doped ፋይበር ያቀፈ የቀለበት ቀዳዳ ተጠቅሟል።

ምስል 2 (ሀ) የ SLC ፋይበር ሌዘር ንድፍ ንድፍ;
(ለ) ከ 97.6 ኪ.ሜ ፋይበር መዘግየት ጋር የሚለካው የ heterodyne ምልክት የመስመር ቅርጽ