การประยุกต์ใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ความถี่เดียวในการวัดการแทรกสอดของคลื่นแสงอย่างแม่นยำ

การประยุกต์ใช้เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ความถี่เดี่ยวในการวัดการแทรกสอดของคลื่นแสงอย่างแม่นยำ
การประยุกต์ใช้ความถี่เดียวเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์มีการกล่าวถึงการใช้งานเลเซอร์ในสาขาการวัดความแม่นยำสูง เช่น ไฮโดรโฟนใยแก้วนำแสงและอินเตอร์เฟอโรเมตรตรวจจับเสียงภาคพื้นดิน และวิเคราะห์ผลกระทบสำคัญของประสิทธิภาพเลเซอร์ต่อประสิทธิภาพของระบบอินเตอร์เฟอโรเมตรอย่างละเอียด

โครงสร้างหลักและหลักการทำงานของระบบ: ระบบไฮโดรโฟนใยแก้วนำแสงประกอบด้วยหัวรับเสียงและอินเตอร์เฟอโรเมตร (โดยใช้ MZ อินเตอร์เฟอโรเมตรเป็นตัวอย่าง) หลักการพื้นฐานคือ สัญญาณเสียง (ความดันเสียง Δp) กระทำต่อหัวรับเสียง ทำให้ความยาวและดัชนีหักเหของใยแก้วที่พันรอบทรงกระบอกกลวงเปลี่ยนแปลงไป ส่งผลให้เส้นทางแสงเปลี่ยนแปลงไปด้วย การเปลี่ยนแปลงเส้นทางแสงเล็กน้อยนี้ (เช่น การเปลี่ยนแปลงเฟส) จะถูกตรวจจับด้วยความไวสูงโดยอินเตอร์เฟอโรเมตร

1. หัวเซ็นเซอร์: หน้าที่หลักคือการแปลงการสั่นสะเทือนของเสียงให้เป็นการเปลี่ยนแปลงในเส้นทางแสงของอินเตอร์เฟอโรเมตร ค่าสัมประสิทธิ์ความไว s เกี่ยวข้องกับปัจจัยต่างๆ เช่น ความยาวของเส้นใย L และเส้นใยตรวจจับที่ยาวขึ้นจะช่วยเพิ่มความไวของระบบได้
2. อินเตอร์เฟอโรเมตร: มันคือ “อาวุธที่ดีที่สุด” สำหรับการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงเฟสขนาดเล็ก ความเข้มของแสงเอาต์พุตมีความสัมพันธ์แบบโคไซน์กับความแตกต่างของเฟส โดยการรักษาเสถียรภาพของค่าเบี่ยงเบนเฟสคงที่ φ ₀ ที่จุดการทำงานเชิงตั้งฉาก ((m+1/2) π) ระบบสามารถบรรลุความไวในการตรวจจับสูงสุดได้
3. พารามิเตอร์สำคัญของแหล่งกำเนิดแสงที่มีผลต่อประสิทธิภาพของระบบ: บทความนี้มุ่งเน้นการวิเคราะห์ข้อจำกัดของประสิทธิภาพเลเซอร์ในการบรรลุความละเอียดเฟสสูง (โดยมีเป้าหมายที่ ≤ 1 μ เรเดียน)
4. เลเซอร์สัญญาณรบกวนความถี่และความกว้างของเส้นสเปกตรัม: สัญญาณรบกวนความถี่ของเลเซอร์สามารถก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนเฟสการแทรกสอด ซึ่งจะลดความชัดเจนของแถบการแทรกสอด สำหรับเครื่องวัดการแทรกสอดที่มีความแตกต่างของเส้นทางแสงประมาณ 1 เมตร เพื่อให้ได้ความละเอียดเฟส 1 ไมโครเรเดียน ความกว้างของเส้นสเปกตรัมของเลเซอร์จะต้องน้อยกว่าประมาณ 30 เฮิรตซ์ นี่เป็นข้อกำหนดที่สูงมากสำหรับความเสถียรของความถี่ของเครื่องวัดการแทรกสอดแหล่งกำเนิดแสง.
5. สัญญาณรบกวนความเข้มของเลเซอร์: สัญญาณรบกวนความเข้มสัมพัทธ์ (RIN) ของเลเซอร์จะถูกแปลงโดยตรงเป็นข้อผิดพลาดเฟสของสัญญาณรบกวน เพื่อให้ได้ความละเอียดเฟส 1 μrad ที่กำลังแสงตรวจจับทั่วไป (~100 μW) จำเป็นต้องลด RIN ของเลเซอร์ให้ต่ำกว่า -120 dB ซึ่งเป็นข้อกำหนดที่สูงมากสำหรับความเสถียรของความเข้มของแหล่งกำเนิดแสง

โดยสรุป การวิเคราะห์ระบบไฮโดรโฟนใยแก้วนำแสงได้อธิบายถึงข้อกำหนดที่เข้มงวดสำหรับแหล่งกำเนิดแสงหลัก ซึ่งก็คือเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ความถี่เดียว ในแง่ของความกว้างของเส้นสเปกตรัมที่แคบมาก (ความเสถียรของความถี่สูง) และสัญญาณรบกวนความเข้มต่ำมากในการวัดที่แม่นยำโดยอาศัยหลักการแทรกสอด และได้นำเสนอความท้าทายในการรักษาเสถียรภาพความถี่ของเลเซอร์ที่พบในระบบขนาดใหญ่