Primjena jednofrekventnog poluprovodničkog lasera u preciznom mjerenju interferencije svjetlosnih talasa

PrimjenaJednofrekventni poluprovodnički laseru preciznom mjerenju interferencije svjetlosnih valova
Primjena jedne frekvencijepoluprovodnički laseru oblastima preciznog mjerenja kao što su hidrofoni s optičkim vlaknima i interferometri za prisluškivanje na tlu, a detaljno se analizira ključni utjecaj laserskih performansi na performanse interferometarskih sistema.

Osnovna struktura i princip rada sistema: Sistem hidrofona sa optičkim vlaknima se uglavnom sastoji od senzorske glave i interferometra (uzimajući MZ interferometar kao primjer). Osnovni princip je da zvučni signal (zvučni pritisak Δp) djeluje na senzorsku glavu, uzrokujući promjene u dužini i indeksu prelamanja senzorskog vlakna omotanog oko šupljeg cilindra, čime se uvode promjene u optičkoj putanji. Ova mala promjena optičke putanje (tj. promjena faze) se detektuje sa visokom osjetljivošću pomoću interferometra.

1. Senzorska glava: Njena osnovna funkcija je pretvaranje zvučnih vibracija u promjene u optičkom putu interferometra. Koeficijent osjetljivosti s povezan je s faktorima kao što je dužina vlakna L, a duža senzorska vlakna su korisna za poboljšanje osjetljivosti sistema.
2. Interferometar: To je „najbolje oružje“ za detekciju malih faznih promjena. Intenzitet izlazne svjetlosti ima kosinusni odnos s faznom razlikom. Stabilizacijom statičkog faznog odstupanja φ ₀ u ortogonalnoj radnoj tački ((m+1/2)π), sistem može postići najveću osjetljivost detekcije.
3. Ključni parametri izvora svjetlosti koji utiču na performanse sistema: Članak se fokusira na analizu ograničenja laserskih performansi u postizanju visoke fazne rezolucije (sa metom od ≤ 1 μ rad).
4. LaserFrekvencijski šum i širina linije: Frekvencijski šum lasera može uzrokovati interferentni fazni šum, čime se smanjuje vidljivost interferencijskih pruga. Za interferometar s optičkom razlikom puta od oko 1 metra, da bi se postigla fazna rezolucija od 1 μrad, širina linije lasera mora biti manja od oko 30 Hz. Ovo je vrlo visok zahtjev za frekventnu stabilnostizvor svjetlosti.
5. Šum intenziteta lasera: Šum relativnog intenziteta (RIN) lasera će se direktno pretvoriti u faznu grešku signala interferencije. Da bi se postigla fazna rezolucija od 1 μ rad pri tipičnoj snazi ​​detekcione svjetlosti (~100 μ W), RIN lasera treba smanjiti ispod -120 dB. Ovo je vrlo visok zahtjev za stabilnost intenziteta izvora svjetlosti.

Ukratko, analizom sistema hidrofona sa optičkim vlaknima, razrađeni su strogi zahtjevi za osnovni izvor svjetlosti – jednofrekventni poluprovodnički laser – u smislu izuzetno uske širine linije (visoka stabilnost frekvencije) i izuzetno niskog intenziteta šuma pri preciznom mjerenju zasnovanom na principu interferencije, te su predstavljeni izazovi stabilizacije laserske frekvencije s kojima se suočavaju sistemske primjene velikih razmjera.