تطبيق ليزر أشباه الموصلات أحادي التردد في القياس الدقيق لتداخل الموجات الضوئية

تطبيقليزر أشباه الموصلات أحادي الترددفي القياس الدقيق لتداخل الموجات الضوئية
تطبيق التردد الواحدليزر أشباه الموصلاتتتم مناقشة مجالات القياس الدقيق مثل الهيدروفونات الليفية البصرية ومقاييس التداخل الأرضية، ويتم تحليل التأثير الرئيسي لأداء الليزر على أداء أنظمة مقياس التداخل بعمق.

البنية الأساسية ومبدأ عمل النظام: يتكون نظام الميكروفون المائي الليفي البصري بشكل رئيسي من رأس استشعار ومقياس تداخل (باستخدام مقياس تداخل ماخ-زيندر كمثال). ويكمن المبدأ الأساسي في أن الإشارة الصوتية (ضغط الصوت Δp) تؤثر على رأس الاستشعار، مما يُحدث تغييرات في طول ومعامل انكسار الألياف الاستشعارية الملفوفة حول الأسطوانة المجوفة، وبالتالي يُحدث تغييرات في المسار البصري. ويتم رصد هذا التغيير الطفيف في المسار البصري (أي تغيير الطور) بحساسية عالية بواسطة مقياس التداخل.

1. رأس المستشعر: تتمثل وظيفته الأساسية في تحويل الاهتزازات الصوتية إلى تغيرات في المسار البصري للمقياس التداخلي. يرتبط معامل الحساسية (s) بعوامل مثل طول الألياف (L)، وتُعدّ الألياف الاستشعارية الأطول مفيدة لتحسين حساسية النظام.
2. مقياس التداخل: يُعدّ "الأداة الأمثل" لرصد التغيرات الطفيفة في الطور. تتناسب شدة الضوء الخارج منه تناسبًا طرديًا مع فرق الطور. ومن خلال تثبيت انحياز الطور الثابت φ ₀ عند نقطة التشغيل المتعامدة ((m+1/2) π)، يمكن للنظام تحقيق أعلى حساسية للكشف.
3. معلمات مصدر الضوء الرئيسية التي تؤثر على أداء النظام: تركز المقالة على تحليل قيود أداء الليزر في تحقيق دقة طور عالية (مع هدف ≤ 1 ميكروراديان).
4. الليزرضوضاء التردد وعرض الخط: يمكن أن تتسبب ضوضاء تردد الليزر في حدوث ضوضاء طورية تداخلية، مما يقلل من وضوح أهداب التداخل. بالنسبة لمقياس التداخل ذي فرق المسار البصري الذي يبلغ حوالي متر واحد، ولتحقيق دقة طورية تبلغ 1 ميكرو راديان، يجب أن يكون عرض خط الليزر أقل من 30 هرتز تقريبًا. وهذا شرط بالغ الأهمية لاستقرار تردد الجهاز.مصدر ضوء.
5. ضوضاء شدة الليزر: تتحول ضوضاء الشدة النسبية (RIN) لليزر مباشرةً إلى خطأ في طور إشارة التداخل. ولتحقيق دقة طور تبلغ 1 ميكرو راديان عند قدرة كشف ضوئية نموذجية (~100 ميكرو واط)، يجب خفض ضوضاء الشدة النسبية لليزر إلى أقل من -120 ديسيبل. وهذا شرط بالغ الأهمية لاستقرار شدة مصدر الضوء.

باختصار، من خلال تحليل نظام الميكروفون المائي بالألياف البصرية، تم توضيح المتطلبات الصارمة لمصدر الضوء الأساسي - ليزر أشباه الموصلات أحادي التردد - من حيث عرض الخط الضيق للغاية (استقرار التردد العالي) وضوضاء الشدة المنخفضة للغاية في القياس الدقيق القائم على مبدأ التداخل، وتم عرض تحديات استقرار تردد الليزر التي تواجه تطبيقات النظام واسعة النطاق.