Εφαρμογή τουΛέιζερ ημιαγωγών μονής συχνότηταςστην Ακριβή Μέτρηση της Συμβολής Φωτεινών Κυμάτων
Η εφαρμογή της ενιαίας συχνότηταςλέιζερ ημιαγωγώνσε τομείς μετρήσεων ακριβείας όπως τα υδρόφωνα οπτικών ινών και τα συμβολόμετρα εδάφους, συζητείται και αναλύεται σε βάθος η βασική επίδραση της απόδοσης του λέιζερ στην απόδοση των συστημάτων συμβολόμετρων.
Δομή πυρήνα και αρχή λειτουργίας του συστήματος: Το σύστημα υδροφώνου οπτικών ινών αποτελείται κυρίως από μια κεφαλή ανίχνευσης και ένα συμβολόμετρο (λαμβάνοντας ως παράδειγμα το συμβολόμετρο MZ). Η βασική αρχή είναι ότι το ηχητικό σήμα (ηχητική πίεση Δp) δρα στην κεφαλή ανίχνευσης, προκαλώντας αλλαγές στο μήκος και τον δείκτη διάθλασης της ίνας ανίχνευσης που τυλίγεται γύρω από τον κοίλο κύλινδρο, εισάγοντας έτσι αλλαγές στην οπτική διαδρομή. Αυτή η μικρή αλλαγή οπτικής διαδρομής (δηλαδή η αλλαγή φάσης) ανιχνεύεται με υψηλή ευαισθησία από ένα συμβολόμετρο.
1. Κεφαλή αισθητήρα: Η βασική της λειτουργία είναι να μετατρέπει τις ηχητικές δονήσεις σε αλλαγές στην οπτική διαδρομή του συμβολόμετρου. Ο συντελεστής ευαισθησίας s σχετίζεται με παράγοντες όπως το μήκος της οπτικής ίνας L, και οι μακρύτερες οπτικές ίνες είναι ευεργετικές για τη βελτίωση της ευαισθησίας του συστήματος.
2. Συμβολόμετρο: Είναι το «καλύτερο όπλο» για την ανίχνευση μικρών αλλαγών φάσης. Η ένταση του φωτός εξόδου έχει συνημίτονο σχέση με τη διαφορά φάσης. Σταθεροποιώντας τη στατική πόλωση φάσης φ ₀ στο ορθογώνιο σημείο λειτουργίας ((m+1/2) π), το σύστημα μπορεί να επιτύχει την υψηλότερη ευαισθησία ανίχνευσης.
3. Βασικές παράμετροι πηγής φωτός που επηρεάζουν την απόδοση του συστήματος: Το άρθρο εστιάζει στην ανάλυση των περιορισμών της απόδοσης του λέιζερ στην επίτευξη υψηλής ανάλυσης φάσης (με στόχο ≤ 1 μ rad).
4. Λέιζερθόρυβος συχνότητας και πλάτος γραμμής: Ο θόρυβος συχνότητας του λέιζερ μπορεί να προκαλέσει θόρυβο φάσης παρεμβολής, μειώνοντας έτσι την ορατότητα των κροσσών παρεμβολής. Για ένα συμβολόμετρο με διαφορά οπτικής διαδρομής περίπου 1 μέτρου, για να επιτευχθεί ανάλυση φάσης 1 μ rad, το πλάτος γραμμής του λέιζερ πρέπει να είναι μικρότερο από περίπου 30 Hz. Αυτή είναι μια πολύ υψηλή απαίτηση για τη σταθερότητα συχνότητας τουπηγή φωτός.
5. Θόρυβος έντασης λέιζερ: Ο θόρυβος σχετικής έντασης (RIN) του λέιζερ θα μετατραπεί απευθείας σε σφάλμα φάσης του σήματος παρεμβολής. Για να επιτευχθεί ανάλυση φάσης 1 μ rad σε τυπική ισχύ φωτός ανίχνευσης (~100 μ W), το RIN του λέιζερ πρέπει να μειωθεί κάτω από -120 dB. Αυτή είναι μια πολύ υψηλή απαίτηση για τη σταθερότητα της έντασης της πηγής φωτός.
Συνοπτικά, αναλύοντας το σύστημα υδροφώνων οπτικών ινών, αναπτύσσονται οι αυστηρές απαιτήσεις για την κεντρική πηγή φωτός – λέιζερ ημιαγωγού μονοσυχνότητας – όσον αφορά το εξαιρετικά στενό πλάτος γραμμής (σταθερότητα υψηλής συχνότητας) και τον εξαιρετικά χαμηλής έντασης θόρυβο σε μετρήσεις ακριβείας με βάση την αρχή της παρεμβολής, και παρουσιάζονται οι προκλήσεις σταθεροποίησης συχνότητας λέιζερ που αντιμετωπίζονται σε εφαρμογές συστημάτων μεγάλης κλίμακας.
Ώρα δημοσίευσης: 07 Απριλίου 2026