เทคโนโลยีแหล่งเลเซอร์สำหรับการตรวจจับเส้นใยแก้วนำแสง ตอนที่ 2

เทคโนโลยีแหล่งเลเซอร์สำหรับการตรวจจับเส้นใยแก้วนำแสง ตอนที่ 2

2.2 การกวาดคลื่นเดี่ยวแหล่งกำเนิดเลเซอร์

การนำการกวาดแสงเลเซอร์แบบความยาวคลื่นเดียวมาใช้จริงนั้นมีวัตถุประสงค์เพื่อควบคุมคุณสมบัติทางกายภาพของอุปกรณ์ในเลเซอร์โพรง (โดยปกติคือความยาวคลื่นกลางของแบนด์วิดท์การทำงาน) เพื่อให้สามารถควบคุมและเลือกโหมดตามยาวของการสั่นในโพรงได้ เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการปรับความยาวคลื่นเอาต์พุต โดยยึดตามหลักการนี้ ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 การสร้างเลเซอร์ไฟเบอร์แบบปรับได้นั้นทำได้ส่วนใหญ่โดยการแทนที่หน้าปลายสะท้อนแสงของเลเซอร์ด้วยตะแกรงการเลี้ยวเบนแบบสะท้อนแสง และเลือกโหมดโพรงเลเซอร์โดยการหมุนและปรับตะแกรงการเลี้ยวเบนด้วยมือ ในปี 2011 Zhu et al. ใช้ตัวกรองแบบปรับได้เพื่อให้ได้เอาต์พุตเลเซอร์แบบปรับได้ความยาวคลื่นเดียวที่มีความกว้างของเส้นที่แคบ ในปี 2016 กลไกการบีบอัดความกว้างของเส้น Rayleigh ถูกนำไปใช้กับการบีบอัดความยาวคลื่นคู่ นั่นคือ ความเครียดถูกนำไปใช้กับ FBG เพื่อให้สามารถปรับความยาวคลื่นเลเซอร์คู่ได้ และความกว้างของเส้นเลเซอร์เอาต์พุตจะถูกตรวจสอบในเวลาเดียวกัน โดยได้รับช่วงการปรับความยาวคลื่น 3 นาโนเมตร เอาต์พุตที่เสถียรของความยาวคลื่นคู่ด้วยความกว้างของเส้นประมาณ 700 เฮิรตซ์ ในปี 2017 Zhu et al. ได้ใช้กราฟีนและไฟเบอร์ไมโครนาโน Bragg grating เพื่อสร้างตัวกรองแบบปรับได้ออปติคัลทั้งหมด และเมื่อรวมกับเทคโนโลยีจำกัดขอบเขตด้วยเลเซอร์ Brillouin แล้ว จะใช้เอฟเฟกต์โฟโตเทอร์มอลของกราฟีนที่ใกล้ 1550 นาโนเมตร เพื่อให้ได้ความกว้างของเส้นเลเซอร์ที่ต่ำถึง 750 เฮิรตซ์ และการสแกนที่รวดเร็วและแม่นยำด้วยโฟโตคอนโทรลที่ 700 เมกะเฮิรตซ์/มิลลิวินาทีในช่วงความยาวคลื่น 3.67 นาโนเมตร ดังที่แสดงในรูปที่ 5 วิธีการควบคุมความยาวคลื่นข้างต้นนั้นทำให้สามารถเลือกโหมดเลเซอร์ได้โดยการเปลี่ยนความยาวคลื่นศูนย์กลางของแถบผ่านของอุปกรณ์ในโพรงเลเซอร์โดยตรงหรือโดยอ้อม

รูปที่ 5 (ก) การตั้งค่าการทดลองของความยาวคลื่นที่ควบคุมได้ด้วยแสงไฟเบอร์เลเซอร์แบบปรับได้และระบบการวัด;

(b) สเปกตรัมเอาต์พุตที่เอาต์พุต 2 พร้อมการปรับปรุงปั๊มควบคุม

2.3 แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์สีขาว

การพัฒนาแหล่งกำเนิดแสงสีขาวมีหลายขั้นตอน เช่น หลอดทังสเตนฮาโลเจน หลอดดิวทีเรียมเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์และแหล่งกำเนิดแสงซูเปอร์คอนตินิวอัม โดยเฉพาะอย่างยิ่งแหล่งกำเนิดแสงซูเปอร์คอนตินิวอัมภายใต้การกระตุ้นของพัลส์เฟมโตวินาทีหรือพิโควินาทีด้วยพลังงานชั่วคราวแบบซูเปอร์คอนตินิวอัม ก่อให้เกิดเอฟเฟกต์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นของลำดับต่างๆ ในท่อนำคลื่น และสเปกตรัมจะขยายออกไปอย่างมาก ซึ่งสามารถครอบคลุมแบนด์ตั้งแต่แสงที่มองเห็นได้ไปจนถึงอินฟราเรดใกล้ และมีความสอดคล้องกันอย่างแข็งแกร่ง นอกจากนี้ ด้วยการปรับการกระจายและความไม่เป็นเชิงเส้นของไฟเบอร์พิเศษ สเปกตรัมของไฟเบอร์สามารถขยายไปถึงแบนด์อินฟราเรดกลางได้ด้วย แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ประเภทนี้ได้รับการนำไปใช้อย่างมากในหลายสาขา เช่น การถ่ายภาพด้วยแสงแบบออปติกโคฮีเรนซ์ การตรวจจับก๊าซ การถ่ายภาพทางชีวภาพ และอื่นๆ เนื่องจากข้อจำกัดของแหล่งกำเนิดแสงและสื่อที่ไม่เป็นเชิงเส้น สเปกตรัมซูเปอร์คอนตินิวอัมในช่วงแรกจึงผลิตขึ้นโดยส่วนใหญ่โดยใช้เลเซอร์โซลิดสเตตที่ปั๊มกระจกออปติกเพื่อผลิตสเปกตรัมซูเปอร์คอนตินิวอัมในช่วงที่มองเห็นได้ ตั้งแต่นั้นมา ไฟเบอร์ออปติกก็ค่อยๆ กลายเป็นสื่อที่ยอดเยี่ยมสำหรับการสร้างซูเปอร์คอนตินิวอัมแบนด์กว้าง เนื่องจากมีค่าสัมประสิทธิ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นสูงและสนามโหมดการส่งสัญญาณขนาดเล็ก ผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้นหลัก ได้แก่ การผสมสี่คลื่น ความไม่เสถียรของการปรับ การมอดูเลตเฟสตนเอง การมอดูเลตแบบข้ามเฟส การแยกโซลิตอน การกระเจิงรามาน การเลื่อนความถี่ตนเองของโซลิตอน ฯลฯ และสัดส่วนของแต่ละผลกระทบยังแตกต่างกันตามความกว้างของพัลส์ของพัลส์การกระตุ้นและการกระจายของไฟเบอร์ โดยทั่วไปแล้ว แหล่งกำเนิดแสงซูเปอร์คอนตินิวอัมส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงกำลังของเลเซอร์และขยายช่วงสเปกตรัม และให้ความสำคัญกับการควบคุมความสอดคล้องกัน

3 สรุป

บทความนี้จะสรุปและทบทวนแหล่งเลเซอร์ที่ใช้รองรับเทคโนโลยีการตรวจจับด้วยไฟเบอร์ ได้แก่ เลเซอร์เส้นแคบ เลเซอร์ปรับความถี่เดียว และเลเซอร์ขาวแบนด์วิดท์กว้าง โดยจะแนะนำข้อกำหนดการใช้งานและสถานะการพัฒนาของเลเซอร์เหล่านี้ในสาขาการตรวจจับด้วยไฟเบอร์อย่างละเอียด จากการวิเคราะห์ข้อกำหนดและสถานะการพัฒนา สรุปได้ว่าแหล่งเลเซอร์ในอุดมคติสำหรับการตรวจจับด้วยไฟเบอร์สามารถให้เอาต์พุตเลเซอร์ที่แคบเป็นพิเศษและเสถียรเป็นพิเศษได้ในทุกแบนด์และทุกเวลา ดังนั้น เราจึงเริ่มต้นด้วยเลเซอร์เส้นแคบ เลเซอร์เส้นแคบที่ปรับความถี่ได้ และเลเซอร์แสงขาวที่มีแบนด์วิดท์เกนกว้าง และค้นหาวิธีที่มีประสิทธิภาพในการสร้างแหล่งเลเซอร์ในอุดมคติสำหรับการตรวจจับด้วยไฟเบอร์โดยการวิเคราะห์การพัฒนาของแหล่งเหล่านี้