Aplikasyon ng Single Frequency Semiconductor Laser sa Tumpak na Pagsukat ng Light Wave Interference

Paglalapat ngLaser na Semikonduktor na may Isang Dalassa Tumpak na Pagsukat ng Panghihimasok sa Alon ng Liwanag
Ang aplikasyon ng iisang dalaslaser na semikondaktorsa mga larangan ng pagsukat ng katumpakan tulad ng fiber optic hydrophones at ground listening interferometers ay tinalakay, at ang pangunahing epekto ng pagganap ng laser sa pagganap ng mga sistema ng interferometer ay sinusuri nang malaliman.

Pangunahing istruktura at prinsipyo ng paggana ng sistema: Ang fiber optic hydrophone system ay pangunahing binubuo ng isang sensing head at isang interferometer (halimbawa, ang MZ interferometer). Ang pangunahing prinsipyo ay ang sound signal (sound pressure Δp) ay kumikilos sa sensing head, na nagdudulot ng mga pagbabago sa haba at refractive index ng sensing fiber na nakapalibot sa hollow cylinder, sa gayon ay nagdudulot ng mga pagbabago sa optical path. Ang maliit na pagbabago sa optical path na ito (ibig sabihin, pagbabago ng phase) ay nade-detect nang may mataas na sensitivity ng isang interferometer.

1. Ulo ng sensor: Ang pangunahing tungkulin nito ay i-convert ang mga vibration ng tunog tungo sa mga pagbabago sa optical path ng interferometer. Ang sensitivity coefficient na s ay may kaugnayan sa mga salik tulad ng haba ng fiber na L, at ang mas mahahabang sensing fiber ay kapaki-pakinabang para sa pagpapabuti ng sensitivity ng sistema.
2. Interferometer: Ito ang "pinakamahusay na sandata" para sa pag-detect ng maliliit na pagbabago sa phase. Ang intensidad ng output light ay may cosine relationship sa phase difference. Sa pamamagitan ng pag-stabilize ng static phase bias φ₀ sa orthogonal operating point ((m+1/2) π), makakamit ng sistema ang pinakamataas na detection sensitivity.
3. Mga pangunahing parametro ng pinagmumulan ng liwanag na nakakaapekto sa pagganap ng sistema: Ang artikulo ay nakatuon sa pagsusuri ng mga limitasyon ng pagganap ng laser sa pagkamit ng mataas na resolusyon sa phase (na may target na ≤ 1 μ rad).
4. Laseringay ng dalas at linewidth: Ang ingay ng dalas ng laser ay maaaring magdulot ng ingay sa phase ng interference, sa gayon ay binabawasan ang visibility ng mga interference fringes. Para sa isang interferometer na may optical path difference na humigit-kumulang 1 metro, upang makamit ang phase resolution na 1 μ rad, ang linewidth ng laser ay kailangang mas mababa sa humigit-kumulang 30 Hz. Ito ay isang napakataas na kinakailangan para sa katatagan ng dalas ngpinagmumulan ng liwanag.
5. Ingay ng tindi ng laser: Ang relatibong ingay ng tindi (RIN) ng laser ay direktang mababago sa phase error ng interference signal. Upang makamit ang phase resolution na 1 μ rad sa isang tipikal na detection light power (~100 μ W), ang RIN ng laser ay kailangang bawasan sa ibaba -120 dB. Ito ay isang napakataas na kinakailangan para sa katatagan ng tindi ng pinagmumulan ng liwanag.

Sa buod, sa pamamagitan ng pagsusuri sa fiber optic hydrophone system, ang mahigpit na mga kinakailangan para sa pangunahing pinagmumulan ng liwanag – single frequency semiconductor laser – sa mga tuntunin ng napakakitid na linewidth (mataas na frequency stability) at napakababang intensity ng ingay sa katumpakan ng pagsukat batay sa prinsipyo ng interference ay ipinaliliwanag, at ang mga hamon sa pag-stabilize ng frequency ng laser na kinakaharap sa malawakang aplikasyon ng sistema ay inilalahad.