เทคโนโลยีแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์สำหรับการตรวจจับด้วยใยแก้วนำแสง ตอนที่สอง

เทคโนโลยีแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์สำหรับการตรวจจับด้วยใยแก้วนำแสง ตอนที่สอง

2.2 การกวาดความยาวคลื่นเดี่ยวแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์

การทำให้เกิดการกวาดความยาวคลื่นเดียวของเลเซอร์นั้น โดยพื้นฐานแล้วคือการควบคุมคุณสมบัติทางกายภาพของอุปกรณ์นั้นเลเซอร์โพรง (โดยปกติคือความยาวคลื่นศูนย์กลางของแบนด์วิดท์การทำงาน) เพื่อให้สามารถควบคุมและเลือกโหมดการสั่นตามแนวยาวในโพรงได้ เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการปรับความยาวคลื่นเอาต์พุต โดยอาศัยหลักการนี้ ในช่วงทศวรรษ 1980 การสร้างเลเซอร์ไฟเบอร์แบบปรับความยาวคลื่นได้ส่วนใหญ่ทำได้โดยการแทนที่หน้าตัดสะท้อนแสงของเลเซอร์ด้วยตะแกรงเลี้ยวเบนสะท้อนแสง และเลือกโหมดโพรงเลเซอร์โดยการหมุนและปรับตะแกรงเลี้ยวเบนด้วยตนเอง ในปี 2011 Zhu และคณะได้ใช้ตัวกรองแบบปรับได้เพื่อให้ได้เอาต์พุตเลเซอร์แบบปรับความยาวคลื่นได้ความยาวคลื่นเดียวที่มีความกว้างของเส้นสเปกตรัมแคบ ในปี 2016 กลไกการบีบอัดความกว้างของเส้นสเปกตรัมแบบ Rayleigh ถูกนำมาใช้กับการบีบอัดความยาวคลื่นคู่ กล่าวคือ มีการใช้แรงกดกับ FBG เพื่อให้สามารถปรับความยาวคลื่นเลเซอร์คู่ได้ และมีการตรวจสอบความกว้างของเส้นสเปกตรัมเลเซอร์เอาต์พุตไปพร้อมกัน ทำให้ได้ช่วงการปรับความยาวคลื่น 3 นาโนเมตร เอาต์พุตที่เสถียรความยาวคลื่นคู่ที่มีความกว้างของเส้นสเปกตรัมประมาณ 700 เฮิรตซ์ ในปี 2017 Zhu และคณะ ได้ใช้กราฟีนและไมโครนาโนไฟเบอร์แบร็กเกรตติ้งเพื่อสร้างตัวกรองแบบปรับได้ด้วยแสงทั้งหมด และเมื่อรวมกับเทคโนโลยีการลดความกว้างของเลเซอร์บริลลูอิน โดยใช้ผลกระทบจากความร้อนของกราฟีนที่ความยาวคลื่นใกล้ 1550 นาโนเมตร เพื่อให้ได้ความกว้างของเส้นสเปกตรัมเลเซอร์ต่ำถึง 750 เฮิรตซ์ และการสแกนที่รวดเร็วและแม่นยำด้วยการควบคุมด้วยแสงที่ 700 เมกะเฮิร์ตซ์/มิลลิวินาที ในช่วงความยาวคลื่น 3.67 นาโนเมตร ดังแสดงในรูปที่ 5 วิธีการควบคุมความยาวคลื่นข้างต้นโดยพื้นฐานแล้วทำให้สามารถเลือกโหมดเลเซอร์ได้โดยการเปลี่ยนความยาวคลื่นศูนย์กลางของแถบผ่านของอุปกรณ์ในโพรงเลเซอร์โดยตรงหรือโดยอ้อม

รูปที่ 5 (ก) การจัดวางอุปกรณ์ทดลองสำหรับควบคุมความยาวคลื่นด้วยแสงเลเซอร์ไฟเบอร์แบบปรับได้และระบบการวัด;

(b) สเปกตรัมเอาต์พุตที่เอาต์พุต 2 พร้อมการเพิ่มประสิทธิภาพของปั๊มควบคุม

2.3 แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์สีขาว

การพัฒนาแหล่งกำเนิดแสงสีขาวได้ผ่านขั้นตอนต่างๆ มามากมาย เช่น หลอดฮาโลเจน หลอดทังสเตน หลอดดิวเทอเรียม เป็นต้นเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์และแหล่งกำเนิดแสงซูเปอร์คอนทินิวอัม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แหล่งกำเนิดแสงซูเปอร์คอนทินิวอัม ภายใต้การกระตุ้นด้วยพัลส์เฟมโตวินาทีหรือพิโควินาทีที่มีพลังงานชั่วคราวสูงมาก จะสร้างผลกระทบแบบไม่เชิงเส้นในลำดับต่างๆ ในท่อนำคลื่น และสเปกตรัมจะกว้างขึ้นอย่างมาก ซึ่งสามารถครอบคลุมย่านความถี่ตั้งแต่แสงที่มองเห็นได้ไปจนถึงอินฟราเรดใกล้ และมีความสอดคล้องสูง นอกจากนี้ ด้วยการปรับการกระจายตัวและคุณสมบัติไม่เชิงเส้นของเส้นใยพิเศษ สเปกตรัมของมันสามารถขยายไปถึงย่านอินฟราเรดกลางได้อีกด้วย แหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ชนิดนี้ถูกนำไปประยุกต์ใช้อย่างกว้างขวางในหลายสาขา เช่น การถ่ายภาพด้วยแสงแบบโคเฮเรนซ์ การตรวจจับก๊าซ การถ่ายภาพทางชีววิทยา และอื่นๆ เนื่องจากข้อจำกัดของแหล่งกำเนิดแสงและตัวกลางไม่เชิงเส้น สเปกตรัมซูเปอร์คอนทินิวอัมในยุคแรกจึงถูกสร้างขึ้นโดยการใช้เลเซอร์โซลิดสเตทปั๊มกระจกออปติคอลเพื่อสร้างสเปกตรัมซูเปอร์คอนทินิวอัมในช่วงที่มองเห็นได้ ตั้งแต่นั้นมา เส้นใยนำแสงจึงค่อยๆ กลายเป็นตัวกลางที่ยอดเยี่ยมสำหรับการสร้างซูเปอร์คอนทินิวอัมแบบแถบความถี่กว้าง เนื่องจากมีสัมประสิทธิ์ไม่เชิงเส้นสูงและสนามโหมดการส่งผ่านขนาดเล็ก ผลกระทบแบบไม่เชิงเส้นหลักๆ ได้แก่ การผสมคลื่นสี่คลื่น ความไม่เสถียรของการมอดูเลต การมอดูเลตเฟสด้วยตนเอง การมอดูเลตเฟสแบบไขว้ การแยกโซลิตอน การกระเจิงรามาน การเลื่อนความถี่ด้วยตนเองของโซลิตอน เป็นต้น และสัดส่วนของแต่ละผลกระทบก็แตกต่างกันไปตามความกว้างของพัลส์กระตุ้นและการกระจายตัวของเส้นใย โดยทั่วไปแล้ว ปัจจุบันแหล่งกำเนิดแสงซูเปอร์คอนทินิวอัมมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงกำลังเลเซอร์และการขยายช่วงสเปกตรัม และให้ความสำคัญกับการควบคุมความสอดคล้องของแสง

3. สรุป

บทความนี้สรุปและทบทวนแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ที่ใช้ในการสนับสนุนเทคโนโลยีการตรวจจับด้วยใยแก้วนำแสง ซึ่งรวมถึงเลเซอร์ที่มีความกว้างของเส้นสเปกตรัมแคบ เลเซอร์ปรับความถี่ได้แบบความถี่เดียว และเลเซอร์สีขาวแบบบรอดแบนด์ มีการแนะนำรายละเอียดเกี่ยวกับข้อกำหนดการใช้งานและสถานะการพัฒนาของเลเซอร์เหล่านี้ในด้านการตรวจจับด้วยใยแก้วนำแสง โดยการวิเคราะห์ข้อกำหนดและสถานะการพัฒนา สรุปได้ว่าแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ในอุดมคติสำหรับการตรวจจับด้วยใยแก้วนำแสงควรให้เอาต์พุตเลเซอร์ที่แคบมากและเสถียรมากในทุกย่านความถี่และทุกเวลา ดังนั้น เราจึงเริ่มต้นด้วยเลเซอร์ที่มีความกว้างของเส้นสเปกตรัมแคบ เลเซอร์ปรับความถี่ได้ที่มีความกว้างของเส้นสเปกตรัมแคบ และเลเซอร์แสงสีขาวที่มีแบนด์วิดท์การขยายกว้าง และค้นหาวิธีที่มีประสิทธิภาพในการสร้างแหล่งกำเนิดแสงเลเซอร์ในอุดมคติสำหรับการตรวจจับด้วยใยแก้วนำแสงโดยการวิเคราะห์การพัฒนาของเลเซอร์เหล่านี้