ለኦፕቲካል ፋይበር ዳሰሳ የሌዘር ምንጭ ቴክኖሎጂ ክፍል አንድ

የሌዘር ምንጭ ቴክኖሎጂ ለየኦፕቲካል ፋይበርዳሰሳ ክፍል አንድ

የኦፕቲካል ፋይበር ሴንሲንግ ቴክኖሎጂ ከኦፕቲካል ፋይበር ቴክኖሎጂ እና ከኦፕቲካል ፋይበር ኮሙኒኬሽን ቴክኖሎጂ ጋር አብሮ የሚዘጋጅ የዳሰሳ ቴክኖሎጂ አይነት ሲሆን የፎቶኤሌክትሪክ ቴክኖሎጂ በጣም ንቁ ከሆኑት ቅርንጫፎች አንዱ ሆኗል። የኦፕቲካል ፋይበር ሴንሲንግ ሲስተም በዋናነት ሌዘር፣ ማስተላለፊያ ፋይበር፣ የስሜት ህዋሳት ወይም የሞዱሌሽን አካባቢ፣ የብርሃን 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 ባሉ ውጫዊ ተጽዕኖዎች ሊለወጡ ይችላሉ። ለምሳሌ፣ የሙቀት መጠን፣ ውጥረት፣ ግፊት፣ የአሁኑ፣ መፈናቀል፣ ንዝረት፣ ሽክርክሪት፣ መታጠፍ እና የኬሚካል ብዛት የኦፕቲካል መንገዱን ሲነኩ፣ እነዚህ መለኪያዎች በተመሳሳይ መልኩ ይለወጣሉ። የኦፕቲካል ፋይበር ሴንሲንግ ተጓዳኝ አካላዊ መጠኖችን ለመለየት በእነዚህ መለኪያዎች እና በውጫዊ ምክንያቶች መካከል ባለው ግንኙነት ላይ የተመሠረተ ነው።

ብዙ ዓይነቶች አሉየሌዘር ምንጭበኦፕቲካል ፋይበር ዳሳሽ ስርዓቶች ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውል ሲሆን ይህም በሁለት ምድቦች ሊከፈል ይችላል፡ ወጥነት ያለውየሌዘር ምንጮችእና ወጥነት የሌላቸው የብርሃን ምንጮች፣ ወጥነት የሌላቸውየብርሃን ምንጮችበዋናነት የኢንካንደር ብርሃን እና ብርሃን አመንጪ ዳዮዶችን ያካትታሉ፣ እና ወጥ የሆኑ የብርሃን ምንጮች ጠንካራ ሌዘሮችን፣ ፈሳሽ ሌዘሮችን፣ የጋዝ ሌዘሮችን ያካትታሉ።ሴሚኮንዳክተር ሌዘርእናየፋይበር ሌዘርየሚከተለው በዋናነት ለየሌዘር ብርሃን ምንጭበቅርብ ዓመታት ውስጥ በፋይበር ዳሰሳ መስክ በስፋት ጥቅም ላይ ውሏል፡ ጠባብ የመስመር ስፋት ነጠላ-ድግግሞሽ ሌዘር፣ ነጠላ-ሞገድ ርዝመት ስፓይ ፍሪኩዌንሲ ሌዘር እና ነጭ ሌዘር።

1.1 ለጠባብ የመስመር ስፋት የሚያስፈልጉ መስፈርቶችየሌዘር ብርሃን ምንጮች

የኦፕቲካል ፋይበር ዳሰሳ ስርዓት ከሌዘር ምንጭ ሊለይ አይችልም፣ ምክንያቱም የሚለካው የምልክት ተሸካሚ የብርሃን ሞገድ፣ የሌዘር ብርሃን ምንጭ አፈጻጸም፣ እንደ የኃይል መረጋጋት፣ የሌዘር መስመር ስፋት፣ የደረጃ ጫጫታ እና ሌሎች መለኪያዎች በኦፕቲካል ፋይበር ዳሰሳ ስርዓት ማወቂያ ርቀት ላይ፣ የመለየት ትክክለኛነት፣ ስሜታዊነት እና የጫጫታ ባህሪያት ወሳኝ ሚና ይጫወታሉ። በቅርብ ዓመታት ውስጥ፣ የረጅም ርቀት እጅግ ከፍተኛ ጥራት ያለው የኦፕቲካል ፋይበር ዳሰሳ ስርዓቶች ልማት፣ የትምህርት እና የኢንዱስትሪው የሌዘር ሚኒአቱራይዜሽን የመስመር ስፋት አፈፃፀም የበለጠ ጥብቅ መስፈርቶችን አቅርበዋል፣ በዋናነት፡ የኦፕቲካል ድግግሞሽ ጎራ ነጸብራቅ (OFDR) ቴክኖሎጂ ሰፊ ሽፋን (በሺዎች የሚቆጠሩ ሜትሮች) ያለው የኦፕቲካል ፋይበር የተበታተኑ ምልክቶችን ለመተንተን የተቀናጀ የፍተሻ ቴክኖሎጂን ይጠቀማል። የከፍተኛ ጥራት (ሚሊሜትር-ደረጃ ጥራት) እና ከፍተኛ ትብነት (እስከ -100 dBm) ጥቅሞች በተከፋፈለ የኦፕቲካል ፋይበር መለኪያ እና ዳሰሳ ቴክኖሎጂ ውስጥ ሰፊ የትግበራ ተስፋዎች ካሏቸው ቴክኖሎጂዎች አንዱ ሆነዋል። የኦፍዲአር ቴክኖሎጂ ዋና ነገር የኦፕቲካል ድግግሞሽ ማስተካከያን ለማግኘት ሊስተካከል የሚችል የብርሃን ምንጭን መጠቀም ነው፣ ስለዚህ የሌዘር ምንጭ አፈፃፀም እንደ OFDR የመለየት ክልል፣ ትብነት እና ጥራት ያሉ ቁልፍ ነገሮችን ይወስናል። የንፅፅር ነጥብ ርቀት ከተዛማጅነት ርዝመት ጋር ሲጠጋ፣ የምቱ ምልክት ጥንካሬ በ τ/τc ኮፊሸንት በከፍተኛ ሁኔታ ይቀንሳል። የድግግሞሽ ድግግሞሽ ከ90% በላይ ታይነት እንዲኖረው ለማረጋገጥ፣ የብርሃን ምንጭ የመስመር ስፋት እና ስርዓቱ ሊያገኘው የሚችለው ከፍተኛ የስሜት ህዋሳት ርዝመት መካከል ያለው ግንኙነት Lmax~0.04vg/f ነው፣ ይህም ማለት 80 ኪ.ሜ ርዝመት ላለው ፋይበር የብርሃን ምንጭ የመስመር ስፋት ከ100 Hz ያነሰ ነው ማለት ነው። በተጨማሪም፣ የሌሎች አፕሊኬሽኖች እድገት ለብርሃን ምንጭ የመስመር ስፋት ከፍተኛ መስፈርቶችን ያስቀምጣል። ለምሳሌ፣ በኦፕቲካል ፋይበር ሃይድሮፎን ሲስተም ውስጥ፣ የብርሃን ምንጭ የመስመር ስፋት የስርዓት ጫጫታውን ይወስናል እና የስርዓቱን ዝቅተኛ ሊለካ የሚችል ምልክትም ይወስናል። በብሪሉዊን ኦፕቲካል የጊዜ ጎራ አንጸባራቂ (BOTDR) ውስጥ፣ የሙቀት እና የጭንቀት የመለኪያ ጥራት በዋነኝነት የሚወሰነው በብርሃን ምንጭ የመስመር ስፋት ነው። በሬዞናተር ፋይበር ኦፕቲክ ጋይሮ ውስጥ፣ የብርሃን ሞገድ ወጥነት ርዝመት የብርሃን ምንጭ የመስመር ስፋትን በመቀነስ ሊጨምር ይችላል፣ በዚህም የሬዞናተሩን ጥራት እና ሬዞናንስ ጥልቀት ያሻሽላል፣ የሬዞናተሩን የመስመር ስፋት ይቀንሳል እና የፋይበር ኦፕቲክ ጋይሮ የመለኪያ ትክክለኛነትን ያረጋግጣል።

1.2 የጥልፍ ሌዘር ምንጮች መስፈርቶች

ነጠላ የሞገድ ርዝመት ያለው የሌዘር ስፓይፕ ሌዘር ተለዋዋጭ የሞገድ ርዝመት ማስተካከያ አፈጻጸም አለው፣ በርካታ የውጤት ቋሚ የሞገድ ርዝመት ሌዘሮችን ሊተካ ይችላል፣ የስርዓት ግንባታ ወጪን ይቀንሳል፣ የኦፕቲካል ፋይበር ዳሰሳ ስርዓት አስፈላጊ አካል ነው። ለምሳሌ፣ በትራክ ጋዝ ፋይበር ዳሰሳ ውስጥ፣ የተለያዩ የጋዞች ዓይነቶች የተለያዩ የጋዝ መምጠጥ ጫፎች አሏቸው። የመለኪያ ጋዝ በቂ ሲሆን የብርሃን መምጠጥ ውጤታማነትን ለማረጋገጥ እና ከፍተኛ የመለኪያ ትብነትን ለማግኘት፣ የማስተላለፊያ ብርሃን ምንጩን የሞገድ ርዝመት ከጋዝ ሞለኪውሉ የመምጠጥ ጫፍ ጋር ማመጣጠን ያስፈልጋል። ሊታወቅ የሚችለው የጋዝ አይነት በመሠረቱ የሚወሰነው በዳሰሳ ብርሃን ምንጩ የሞገድ ርዝመት ነው። ስለዚህ፣ የተረጋጋ የብሮድባንድ ማስተካከያ አፈጻጸም ያላቸው ጠባብ የመስመር ስፋት ሌዘሮች በእንደዚህ ያሉ ዳሰሳ ስርዓቶች ውስጥ ከፍተኛ የመለኪያ ተለዋዋጭነት አላቸው። ለምሳሌ፣ በኦፕቲካል ድግግሞሽ ጎራ ነጸብራቅ ላይ በተመሰረቱ አንዳንድ የተከፋፈሉ የኦፕቲካል ፋይበር ዳሰሳ ስርዓቶች ውስጥ፣ ከፍተኛ ትክክለኛነት ያለው ወጥነት ያለው ለይቶ ማወቅ እና የኦፕቲካል ምልክቶችን ዲሞዱሌሽን ለማግኘት ሌዘር በየጊዜው በፍጥነት መጥራት አለበት፣ ስለዚህ የሌዘር ምንጭ የሞዱሌሽን መጠን በአንጻራዊነት ከፍተኛ መስፈርቶች አሉት፣ እና የሚስተካከለው ሌዘር የመምጠጥ ፍጥነት ብዙውን ጊዜ 10 ፒኤም/μs ለመድረስ ያስፈልጋል። በተጨማሪም፣ የሞገድ ርዝመት ማስተካከያ የሚችል ጠባብ የመስመር ስፋት ሌዘር በሊDAR፣ በሌዘር የርቀት ዳሰሳ እና በከፍተኛ ጥራት ስፔክትራል ትንተና እና በሌሎች የስሜት ህዋሳት መስኮች በስፋት ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል። በፋይበር ዳሰሳ መስክ ውስጥ የአንድ ሞገድ ርዝመት ማስተካከያ የመተላለፊያ ይዘት፣ የማስተካከያ ትክክለኛነት እና የመጠገን ፍጥነት ከፍተኛ አፈጻጸም መለኪያዎችን ለማሟላት፣ በቅርብ ዓመታት ውስጥ ማስተካከያ የሚችሉ ጠባብ ስፋት ያላቸው የፋይበር ሌዘሮችን የማጥናት አጠቃላይ ግብ እጅግ ጠባብ የሌዘር መስመር ስፋት፣ እጅግ ዝቅተኛ ደረጃ ጫጫታ እና እጅግ የተረጋጋ የውጤት ድግግሞሽ እና ኃይልን በመከታተል ላይ በመመስረት በትልቁ የሞገድ ርዝመት ክልል ውስጥ ከፍተኛ ትክክለኛነት ማስተካከያ ማግኘት ነው።

1.3 የነጭ ሌዘር ብርሃን ምንጭ ፍላጎት

በኦፕቲካል ሴንሲንግ መስክ፣ ከፍተኛ ጥራት ያለው ነጭ የብርሃን ሌዘር የስርዓቱን አፈጻጸም ለማሻሻል ትልቅ ጠቀሜታ አለው። የነጭ ብርሃን ሌዘር ስፔክትረም ሽፋን በሰፋ ቁጥር በኦፕቲካል ፋይበር ሴንሲንግ ሲስተም ውስጥ ያለው አተገባበር የበለጠ ሰፊ ነው። ለምሳሌ፣ የዳሳሽ ኔትወርክ ለመገንባት የፋይበር ብራግ ግራቲንግ (FBG) ሲጠቀሙ፣ ስፔክትራል ትንተና ወይም ሊስተካከል የሚችል የማጣሪያ ማዛመጃ ዘዴ ለዲሞዱሌሽን ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል። የመጀመሪያው በአውታረ መረቡ ውስጥ ያለውን እያንዳንዱን የFBG ሬዞናንት የሞገድ ርዝመት በቀጥታ ለመፈተሽ ስፔክትሮሜተር ተጠቅሟል። የኋለኛው በሴንሲንግ ውስጥ ያለውን የFBG ለመከታተል እና ለማስተካከል የማጣቀሻ ማጣሪያ ይጠቀማል፣ ሁለቱም ለFBG የሙከራ ብርሃን ምንጭ የብሮድባንድ የብርሃን ምንጭ ያስፈልጋቸዋል። እያንዳንዱ የFBG መዳረሻ አውታረ መረብ የተወሰነ የማስገቢያ ኪሳራ ስለሚኖረው እና ከ0.1 nm በላይ የሆነ የመተላለፊያ ይዘት ስላለው፣ የብዙ FBG በአንድ ጊዜ ዲሞዱሌሽን ከፍተኛ ኃይል እና ከፍተኛ የመተላለፊያ ይዘት ያለው የብሮድባንድ የብርሃን ምንጭ ይፈልጋል። ለምሳሌ፣ ለረጅም ጊዜ ፋይበር ፍርግርግ (LPFG) ሲጠቀሙ፣ የአንድ ኪሳራ ጫፍ የመተላለፊያ ይዘት በ10 nm ቅደም ተከተል ውስጥ ስለሆነ፣ በቂ የመተላለፊያ ይዘት እና በአንጻራዊነት ጠፍጣፋ ስፔክትረም ያለው ሰፊ የብርሃን ምንጭ የሬዞናንት ጫፍ ባህሪያቱን በትክክል ለመግለጽ ያስፈልጋል። በተለይም፣ አኮስቶ-ኦፕቲካል ተጽእኖን በመጠቀም የተገነባው የአኮስቲክ ፋይበር ፍርግርግ (AIFG) በኤሌክትሪክ ማስተካከያ አማካኝነት እስከ 1000 nm የሚደርስ የሬዞናንት ሞገድ ርዝመት የማስተካከያ ክልል ሊያገኝ ይችላል። ስለዚህ፣ እንዲህ ባለ እጅግ ሰፊ የማስተካከያ ክልል ያለው ተለዋዋጭ ፍርግርግ ሙከራ ሰፊ-ስፔክትረም የብርሃን ምንጭ የመተላለፊያ ይዘት ክልል ላይ ትልቅ ፈተና ይፈጥራል። በተመሳሳይ፣ በቅርብ ዓመታት ውስጥ፣ የተዘነበለ የብራግ ፋይበር ፍርግርግ በፋይበር ሴንሲንግ መስክም በስፋት ጥቅም ላይ ውሏል። በብዙ-ጫፍ ኪሳራ ስፔክትረም ባህሪያቱ ምክንያት፣ የሞገድ ርዝመት ስርጭት ክልል ብዙውን ጊዜ 40 nm ሊደርስ ይችላል። የስሜት ህዋሱ ዘዴ ብዙውን ጊዜ በበርካታ የማስተላለፊያ ጫፎች መካከል ያለውን አንጻራዊ እንቅስቃሴ ማወዳደር ነው፣ ስለዚህ የማስተላለፊያ ስፔክትረምን ሙሉ በሙሉ መለካት አስፈላጊ ነው። የሰፋፊ ስፔክትረም የብርሃን ምንጭ የመተላለፊያ ይዘት እና ኃይል ከፍ ያለ መሆን አለባቸው።

2. በአገር ውስጥም ሆነ በውጭ አገር የምርምር ሁኔታ

2.1 ጠባብ የመስመር ስፋት የሌዘር ብርሃን ምንጭ

2.1.1 ጠባብ የመስመር ስፋት ሴሚኮንዳክተር የተከፋፈለ ግብረመልስ ሌዘር

በ2006፣ ክሊቼ እና ሌሎችም የሴሚኮንዳክተርን የMHz ሚዛን ቀንሰዋልየዲኤፍቢ ሌዘር(የተከፋፈለ የግብረመልስ ሌዘር) በኤሌክትሪክ ግብረመልስ ዘዴ በመጠቀም ወደ kHz ሚዛን፤ እ.ኤ.አ. በ2011፣ ኬስለር እና ሌሎችም ዝቅተኛ የሙቀት መጠን እና ከፍተኛ መረጋጋት ያለው ነጠላ ክሪስታል ጎድጓዳ ከንቁ ግብረመልስ መቆጣጠሪያ ጋር በማጣመር 40 ሜኸዝ እጅግ ጠባብ የመስመር ስፋት የሌዘር ውፅዓት ለማግኘት ተጠቅመዋል፤ እ.ኤ.አ. በ2013፣ ፔንግ እና ሌሎችም የውጪ Fabry-Perot (FP) ግብረመልስ ማስተካከያ ዘዴን በመጠቀም 15 kHz የመስመር ስፋት ያለው የሴሚኮንዳክተር ሌዘር ውፅዓት አግኝተዋል። የኤሌክትሪክ ግብረመልስ ዘዴው በዋናነት የብርሃን ምንጭ የሌዘር መስመር ስፋት እንዲቀንስ ለማድረግ የፖንድ-ድሬቨር-ሆል ድግግሞሽ ማረጋጊያ ግብረመልስን ተጠቅሟል። እ.ኤ.አ. በ2010፣ በርንሃርዲ እና ሌሎችም 1.7 kHz የመስመር ስፋት ያለው የሌዘር ውጤት ለማግኘት በሲሊኮን ኦክሳይድ ንጣፍ ላይ 1 ሴ.ሜ የኤርቢየም-ዶፔድ አሉሚና FBG አመርተዋል። በተመሳሳይ ዓመት፣ ሊያንግ እና ሌሎችም። በስእል 1 እንደሚታየው ለሴሚኮንዳክተር ሌዘር መስመር-ስፋት መጭመቂያ በከፍተኛ-Q ኢኮ ግድግዳ ሬዞናተር የተፈጠረውን የኋላ ሬይሊ ስትራክቲንግ የራስ-መርፌ ግብረመልስ ተጠቅሟል፣ እና በመጨረሻም 160 Hz የሆነ ጠባብ የመስመር-ስፋት የሌዘር ውጤት አግኝቷል።

ምስል 1 (ሀ) የውጪ ሹክሹክታ ጋለሪ ሁነታ ሬዞናተር በራይሊ መበታተን ላይ የተመሠረተ የሴሚኮንዳክተር ሌዘር መስመርዊድድ መጭመቂያ ዲያግራም፤
(ለ) የ8 ሜኸዝ የመስመር ስፋት ያለው የነጻው ሴሚኮንዳክተር ሌዘር የድግግሞሽ ስፔክትረም፤
(ሐ) የመስመር ስፋት እስከ 160 Hz የተጨመቀ የሌዘር የድግግሞሽ ስፔክትረም
2.1.2 ጠባብ የመስመር ስፋት ፋይበር ሌዘር

ለሊኒየር ጎድጓዳ ፋይበር ሌዘር፣ የአንድ ቁመታዊ ሁነታ ጠባብ የመስመር ስፋት የሌዘር ውጤት የሚገኘው የሬዞናተሩን ርዝመት በማሳጠር እና ቁመታዊ ሁነታ ክፍተትን በመጨመር ነው። እ.ኤ.አ. በ2004፣ ስፒገልበርግ እና ሌሎችም የዲቢአር አጭር ጎድጓዳ ዘዴን በመጠቀም 2 ኪ.ሃ የመስመር ስፋት ያለው ነጠላ ቁመታዊ ሁነታ ጠባብ የመስመር ስፋት የሌዘር ውጤት አግኝተዋል። እ.ኤ.አ. በ2007፣ ሼን እና ሌሎችም በቢ-ጂ ኮ-ዶፕድ ፎቶሴንቲቭ ፋይበር ላይ FBG ለመጻፍ 2 ሴ.ሜ በከፍተኛ ሁኔታ ኤርቢየም-ዶፕድ የሲሊኮን ፋይበር ተጠቅመው ከንቁ ፋይበር ጋር በማዋሃድ የታመቀ መስመራዊ ክፍተት በመፍጠር የሌዘር ውፅዓት መስመሩ ስፋት ከ1 ኪ.ሃ ያነሰ እንዲሆን አድርገዋል። እ.ኤ.አ. በ2010፣ ያንግ እና ሌሎችም ከ2 ኪ.ሃ በታች የሆነ የመስመር ስፋት ያለው ነጠላ ቁመታዊ ሁነታ የሌዘር ውጤት ለማግኘት ከጠባብ ባንድ FBG ማጣሪያ ጋር የተጣመረ 2 ሴ.ሜ ከፍተኛ መጠን ያለው አጭር መስመራዊ ክፍተት ተጠቅመዋል። በ2014፣ ቡድኑ በምስል 3 ላይ እንደሚታየው ጠባብ የመስመር ስፋት ያለው የሌዘር ውጤት ለማግኘት ከFBG-FP ማጣሪያ ጋር ተጣምሮ አጭር መስመራዊ ክፍተት (ምናባዊ የታጠፈ ቀለበት ሬዞናተር) ተጠቅሟል። በ2012፣ ካይ እና ሌሎች ከ114 mW በላይ የሆነ የውጤት ኃይል፣ 1540.3 nm የሆነ ማዕከላዊ የሞገድ ርዝመት እና 4.1 kHz የሆነ የመስመር ስፋት ያለው የፖላራይዚንግ ሌዘር ውጤት ለማግኘት 1.4 ሴ.ሜ አጭር ጎድጓዳ መዋቅር ተጠቅመዋል። በ2013፣ ሜንግ እና ሌሎችም የብሪሉዊን መበታተንን በመጠቀም የኤርቢየም-ዶፒድ ፋይበርን አጭር ቀለበት ክፍተት ያለው ሙሉ-አድልዎ የሚጠብቅ መሳሪያ በመጠቀም የብሪሉዊን መበታተንን ተጠቅመዋል። በ2015፣ ቡድኑ ዝቅተኛ ገደብ እና ጠባብ የመስመር ስፋት ያለው የሌዘር ውጤት ለማግኘት እንደ ብሪሉዊን መበታተን 45 ሴ.ሜ የሆነ የኤርቢየም-ዶፒድ ፋይበርን ያቀፈ የቀለበት ክፍተት ተጠቅሟል።

ምስል 2 (ሀ) የSLC ፋይበር ሌዘር ንድፍ ስዕል፤
(ለ) በ97.6 ኪ.ሜ የፋይበር መዘግየት የተለካው የሄትሮዳይን ምልክት የመስመር ቅርፅ