Tekonolosi punaoa laser moalava opitikalagona Vaega Muamua
O le tekinolosi o le optical fiber sensing o se ituaiga o tekinolosi o le sensoring ua atiaʻe faʻatasi ma le tekinolosi o le optical fiber ma le tekinolosi o fesootaiga o le optical fiber, ma ua avea ma se tasi o lala sili ona malosi o le tekinolosi photoelectric. O le optical fiber sensing system e aofia ai le laser, transmission fiber, sensing element poʻo le modulation area, light detection ma isi vaega. O faʻamatalaga e faʻamatalaina ai uiga o le malamalama e aofia ai le malosi, wavelength, phase, polarization state, ma isi. O nei faʻamatalaga e mafai ona suia e faatosinaga mai fafo i le optical fiber transmission. Mo se faʻataʻitaʻiga, pe a aʻafia le auala opitika i le vevela, strain, pressure, current, displacement, vibration, rotation, piʻo ma le tele o vailaʻau, e suia foʻi nei faʻamatalaga. O le optical fiber sensing e faʻavae i luga o le sootaga i le va o nei faʻamatalaga ma mea mai fafo e iloa ai le tele o mea faaletino e fetaui.
E tele ituaiga opuna o leisafaʻaaogaina i faiga e iloa ai alafau opitika, e mafai ona vaevaeina i ni vaega se lua: fesoʻotaʻigapunaoa laserma puna malamalama e le malamalama, e le malamalamapuna malamalamae aofia ai le malamalama incandescent ma light-emitting diodes, ma o punaoa malamalama feso'ota'i e aofia ai lasers malo, lasers vai, lasers kesi,leisa semiconductormaleisa alava. O mea nei e fa'atatau tonu lava i lepuna malamalama laserua faʻaaogaina lautele i le matata o le lagonaina o alava i tausaga talu ai nei: leisa taimi-tasi e tasi le lautele o le laina vaapiapi, leisa taimi e tasi le umi o le galu ma le leisa paʻepaʻe.
1.1 Mana'oga mo le lautele o laina vaapiapipuna malamalama laser
E lē mafai ona vavaeʻeseina le faiga o le optical fiber sensing mai le puna o le laser, auā o le fua o le malamalama o le ave faʻailo, o le faʻatinoga lava ia o le puna o le malamalama laser, e pei o le mautu o le eletise, le lautele o le laina o le laser, le pisa o le vaega ma isi faʻailoga i luga o le mamao e iloa ai le faiga o le optical fiber sensing, le saʻo o le iloa, le maaleale ma uiga o le pisa e taua tele. I tausaga talu ai nei, faatasi ai ma le atinaʻeina o faiga o le optical fiber sensing mamao-maualuga, ua faʻalauiloa e le au atamamai ma pisinisi ni manaʻoga sili atu ona faigata mo le faʻatinoga o le linewidth o le laser miniaturization, aemaise lava i: tekinolosi o le optical frequency domain reflection (OFDR) e faʻaaogaina ai le tekinolosi o le coherent detection e iloilo ai faʻailo o le backrayleigh o le optical fibers i le frequency domain, faʻatasi ai ma se ufiufi lautele (afe mita). O lelei o le maualuga o le iugafono (millimeter-level resolution) ma le maualuga o le maaleale (e oʻo atu i le -100 dBm) ua avea ma se tasi o tekinolosi e lautele le faʻaaogaina i le fuaina ma le tekinolosi o le optical fiber tufatufaina. O le fatu o le tekinolosi OFDR o le faʻaaogaina lea o le malamalama e mafai ona fetuʻunaʻi e ausia ai le fetuʻunaʻi o le tele o le taimi, o lea o le faʻatinoga o le puna o le laser e fuafua ai mea taua e pei o le OFDR detection range, le maaleale ma le iugafono. A latalata le mamao o le vaega e atagia ai le malamalama i le umi o le coherence, o le malosi o le faailoilo o le pa'ō o le a fa'aitiitia fa'atelevaveina e le coefficient τ/τc. Mo se puna malamalama Gaussian ma se foliga spectral, ina ia mautinoa o le tele o le pa'ō e sili atu i le 90% le va'aia, o le sootaga i le va o le lautele o le laina o le puna malamalama ma le umi maualuga o le lagona e mafai ona ausia e le faiga o le Lmax ~ 0.04vg/f, o lona uiga mo se fiber e 80 km le umi, o le lautele o le laina o le puna malamalama e itiiti ifo i le 100 Hz. E le gata i lea, o le atina'eina o isi fa'aoga ua tu'uina atu ai fo'i mana'oga maualuluga mo le lautele o le laina o le puna malamalama. Mo se fa'ata'ita'iga, i le faiga o le optical fiber hydrophone, o le lautele o le laina o le puna malamalama e fuafua ai le pisa o le faiga ma fuafua ai fo'i le faailoilo maualalo e mafai ona fuaina o le faiga. I le Brillouin optical time domain reflector (BOTDR), o le iugafono o le fuaina o le vevela ma le atuatuvale e fuafua tele lava i le lautele o le laina o le puna malamalama. I totonu o se gyro fiber optic resonator, e mafai ona faʻateleina le umi o le coherence o le galu malamalama e ala i le faʻaitiitia o le lautele o le laina o le puna o le malamalama, ma faʻaleleia atili ai le lelei ma le loloto o le resonator, faʻaitiitia ai le lautele o le laina o le resonator, ma faʻamautinoa ai le saʻo o le fuaina o le gyro fiber optic.
1.2 Manaʻoga mo punaoa o le laser e faʻaaogaina
O le laser e tasi le galu e iai le fa'atinoga fetu'una'i o le galu, e mafai ona suitulaga i le tele o laser e fa'atulagaina le galu, fa'aitiitia le tau o le fausiaina o le faiga, o se vaega taua tele o le faiga e iloa ai le alava opitika. Mo se fa'ata'ita'iga, i le iloa o le alava kesi, o ituaiga eseese o kesi e iai tumutumuga eseese o le mitiia o kesi. Ina ia mautinoa le lelei o le mitiia o le malamalama pe a lava le kesi fuaina ma ausia le maualuga o le maaleale o le fuaina, e tatau ona fa'atulaga le galu o le puna o le malamalama e fa'asalalauina ma le tumutumuga o le mitiia o le mole kesi. O le ituaiga kesi e mafai ona iloa e fuafua lava e le galu o le puna o le malamalama e iloa ai. O le mea lea, o laser vaapiapi laina ma'oti ma le fa'atinoga mautu o le fa'atulagaina o le lautele e sili atu le fetu'una'i o le fuaina i ia faiga e iloa ai. Mo se fa'ata'ita'iga, i nisi o faiga e iloa ai le alava opitika tufatufaina e fa'avae i luga o le fa'ata'ita'iga o le vaega o le televave o le malamalama, e mana'omia ona vave ona mitiia le laser i lea taimi ma lea taimi ina ia maua ai le maualuga o le iloa ma le fa'aitiitia o fa'ailoga opitika, o lea e maualuga ai mana'oga o le fua fa'atatau o le puna o le laser, ma e masani ona mana'omia le saoasaoa o le mitiia o le laser fetu'una'i e o'o atu i le 10 pm/μs. E le gata i lea, o le laser vaapiapi e mafai ona fa'aogaina le wavelength i le liDAR, laser remote sensing ma le high-resolution spectral analysis ma isi vaega o le sensing. Ina ia ausia mana'oga o le maualuga o le fa'atinoga o le bandwidth tuning, sa'o le tuning ma le saoasaoa o le tuning o le single-wavelength lasers i le matata o le fiber sensing, o le sini autū o le su'esu'eina o le adjustable vaapiapi-lautele fiber lasers i tausaga talu ai nei o le ausia lea o le maualuga o le sa'o o le tuning i se vaega tele o le wavelength i luga o le fa'avae o le tulituliloaina o le ultra-narrow laser linewidth, ultra-low phase noise, ma le ultra-stabil output frequency ma le power.
1.3 Manaʻoga mo le puna malamalama laser paʻepaʻe
I le matata o le optical sensing, o le laser malamalama paʻepaʻe maualuga le tulaga e matua taua tele mo le faʻaleleia atili o le faʻatinoga o le faiga. O le lautele o le ufiufi o le spectrum o le laser malamalama paʻepaʻe, o le tele foi lea o lona faʻaaogaina i le optical fiber sensing system. Mo se faʻataʻitaʻiga, pe a faʻaaogaina le fiber Bragg grating (FBG) e fausia ai se sensor network, e mafai ona faʻaaogaina le spectral analysis poʻo le tunable filter matching method mo le demodulation. O le muamua na faʻaaogaina se spectrometer e faʻataʻitaʻi saʻo ai le FBG resonant wavelength taʻitasi i totonu o le network. O le mulimuli e faʻaaogaina se reference filter e siaki ma faʻatulaga ai le FBG i le sensing, o ia mea uma e lua e manaʻomia ai se broadband light source e fai ma test light source mo le FBG. Talu ai o fesoʻotaʻiga taʻitasi o le FBG access o le a iai se insertion loss patino, ma e iai le bandwidth e sili atu i le 0.1 nm, o le demodulation faʻatasi o le tele o FBG e manaʻomia ai se broadband light source e maualuga le malosi ma le bandwidth maualuga. Mo se faʻataʻitaʻiga, pe a faʻaaogaina le long period fiber grating (LPFG) mo le iloa, talu ai o le bandwidth o le tasi le loss peak e tusa ma le 10 nm, e manaʻomia se malamalama lautele e lava le bandwidth ma le spectrum e fai si mafolafola e faʻailoa saʻo ai ona uiga o le resonant peak. Ae maise lava, o le acoustic fiber grating (AIFG) na fausia e ala i le faʻaaogaina o le acousto-optical effect e mafai ona ausia se tuning range o le resonant wavelength e oʻo atu i le 1000 nm e ala i le electrical tuning. O le mea lea, o le dynamic grating testing ma se ultra-wide tuning range e avea ma luʻitau tele i le bandwidth range o se malamalama lautele. I se tulaga tutusa, i tausaga talu ai nei, o le tilted Bragg fiber grating ua faʻaaogaina lautele foi i le matata o le fiber sensing. Ona o ona uiga o le multi-peak loss spectrum, o le wavelength distribution range e masani ona oʻo atu i le 40 nm. O lana auala e iloa ai e masani lava ona faʻatusatusa le gaioiga faʻatatau i le va o le tele o transmission peak, o lea e tatau ai ona fuaina atoatoa lana transmission spectrum. E manaʻomia le maualuga o le bandwidth ma le malosi o le malamalama lautele.
2. Tulaga o suʻesuʻega i totonu ma fafo
2.1 Puna malamalama laser e vaapiapi le lautele
2.1.1 Leisa fa'asalalauga fa'asalalau semiconductor laina vaapiapi
I le 2006, na faʻaitiitia ai e Cliche ma isi le fua faʻatatau o le MHz o semiconductor.Leisa DFB(leisa fa'asalalauga tufatufaina) i le fua fa'atatau o le kHz e fa'aaoga ai le metotia o le fa'asalalauga eletise; I le 2011, na fa'aaoga ai e Kessler ma isi le vevela maualalo ma le mautu maualuga o le avanoa tioata e tasi e tu'ufa'atasia ma le pulea o le fa'asalalauga malosi e maua ai le laina laina vaapiapi tele o le laser e 40 MHz; I le 2013, na maua ai e Peng ma isi se laser semiconductor e 15 kHz le laina e ala i le fa'aaogaina o le metotia o le fetu'una'iga o le fa'asalalauga fafo a Fabry-Perot (FP). O le metotia o le fa'asalalauga eletise na fa'aaoga tele ai le fa'asalalauga fa'amautuina o le Pond-Drever-Hall e fa'aitiitia ai le laina laina laser o le puna malamalama. I le 2010, na gaosia ai e Bernhardi ma isi le 1 cm o le erbium-doped alumina FBG i luga o se substrate silicon oxide e maua ai se laser e 1.7 kHz le laina. I le tausaga lava lea, na faia ai e Liang ma isi. na fa'aaogaina le tali atu o le tuiina o le Rayleigh scattering i tua na fausia e se resonator puipui e foliga mai e maualuga le Q mo le fa'apipi'iina o le laina o le laser semiconductor, e pei ona fa'aalia i le Ata 1, ma mulimuli ane maua ai se laina laititi o le laser output o le 160 Hz.
Ata 1 (a) Ata o le fa'apipi'iina o le laina o le semiconductor laser e fa'avae i luga o le fa'asalalauina o le Rayleigh e ala i le tuiina o le tagata lava ia o le external whispering gallery mode resonator;
(b) Fa'asologa o taimi o le laser semiconductor e tamo'e saoloto ma le lautele o le laina e 8 MHz;
(c) Fa'asologa o le ala o le laser ma le lautele o le laina ua fa'apipi'iina i le 160 Hz
2.1.2 Leisa alava laina vaapiapi
Mo lasers alava laina laina, o le laina laina vaapiapi o le laser output o le tasi le longitudinal mode e maua mai i le faapuupuuina o le umi o le resonator ma faateleina le longitudinal mode interval. I le 2004, na maua ai e Spiegelberg ma isi se laina laina vaapiapi e tasi le longitudinal mode ma le laina lautele o le 2 kHz e ala i le faaaogaina o le metotia o le DBR short cavity. I le 2007, na faaaoga ai e Shen ma isi se alava silicon e 2 cm le mamafa ua ufitia i le erbium e tusi ai le FBG i luga o se alava photosensitive Bi-Ge co-doped, ma tuufaatasia ma se alava galue e fausia ai se laina laina laiti, ma avea ai lona laina laina laser ma le lautele e itiiti ifo i le 1 kHz. I le 2010, na faaaoga ai e Yang ma isi se laina laina pupuu e 2cm le maualuga ua ufitia i le ua tuufaatasi ma se faamama FBG vaapiapi e maua ai se laina laser e tasi le longitudinal mode ma le laina lautele e itiiti ifo i le 2 kHz. I le 2014, na faʻaaogaina ai e le 'au se puʻupuʻu laina laina (virtual folded ring resonator) faʻatasi ai ma se FBG-FP filter e maua ai se laser output ma se laina lautele vaapiapi, e pei ona faʻaalia i le Ata 3. I le 2012, na faʻaaogaina ai e Cai ma isi se fausaga puʻupuʻu o le 1.4cm e maua ai se polarizing laser output ma se malosiaga output e sili atu i le 114 mW, o se galu tutotonu o le 1540.3 nm, ma se laina lautele o le 4.1 kHz. I le 2013, na faʻaaogaina ai e Meng ma isi le Brillouin scattering o le erbium-doped fiber ma se puʻupuʻu mama o se masini faʻasao atoatoa e maua ai se single-longitudinal mode, low-phase noise laser output ma se malosiaga output o le 10 mW. I le 2015, na faʻaaogaina ai e le 'au se mama o le ring cavity e aofia ai le 45 cm erbium-doped fiber e fai ma Brillouin scattering gain medium e maua ai se tulaga maualalo ma se laina laina vaapiapi laser output.
Ata 2 (a) Ata fa'ata'ita'i o le laser alava SLC;
(b) Foliga laina o le faailoilo heterodyne na fuaina i le 97.6 km o le fa'atuai o le alava
Taimi na lafoina ai: 20-Nov-2023