تقنية مصدر الليزر لاستشعار الألياف الضوئية - الجزء الثاني

تقنية مصدر الليزر لاستشعار الألياف الضوئية - الجزء الثاني

2.2 مسح أحادي الطول الموجيمصدر ليزر

إن تحقيق مسح الطول الموجي الأحادي لليزر يهدف أساسًا إلى التحكم في الخصائص الفيزيائية للجهاز فيليزريُستخدم تجويف (عادةً ما يكون الطول الموجي المركزي لنطاق التشغيل) للتحكم في نمط التذبذب الطولي داخل التجويف واختياره، وذلك لتحقيق هدف ضبط الطول الموجي الناتج. استنادًا إلى هذا المبدأ، ومنذ ثمانينيات القرن الماضي، تم تحقيق ليزرات الألياف القابلة للضبط بشكل أساسي عن طريق استبدال السطح العاكس لليزر بشبكة حيود عاكسة، واختيار نمط تجويف الليزر يدويًا عن طريق تدوير شبكة الحيود وضبطها. في عام 2011، استخدم تشو وزملاؤه مرشحات قابلة للضبط لتحقيق خرج ليزر قابل للضبط أحادي الطول الموجي بعرض خط ضيق. في عام 2016، طُبقت آلية ضغط عرض خط رايلي لضغط الطول الموجي المزدوج، أي تم تطبيق إجهاد على شبكة براغ الليفية لتحقيق ضبط ليزر ثنائي الطول الموجي، مع مراقبة عرض خط خرج الليزر في الوقت نفسه، مما أدى إلى الحصول على نطاق ضبط للطول الموجي يبلغ 3 نانومتر. يُنتج هذا الجهاز خرجًا مستقرًا ثنائي الطول الموجي بعرض خط يبلغ حوالي 700 هرتز. في عام 2017، استخدم تشو وزملاؤه الجرافين وشبكة براغ الليفية الدقيقة النانوية لصنع مرشح قابل للضبط بصريًا بالكامل، وبالجمع بينه وبين تقنية تضييق ليزر بريلوين، استغلوا التأثير الكهروحراري للجرافين بالقرب من 1550 نانومتر لتحقيق عرض خط ليزر منخفض يصل إلى 750 هرتز، ومسح ضوئي سريع ودقيق بمعدل 700 ميجاهرتز/مللي ثانية في نطاق الطول الموجي 3.67 نانومتر. كما هو موضح في الشكل 5. تُحقق طريقة التحكم في الطول الموجي المذكورة أعلاه اختيار نمط الليزر بشكل أساسي عن طريق تغيير الطول الموجي المركزي لنطاق تمرير الجهاز في تجويف الليزر، سواءً بشكل مباشر أو غير مباشر.

الشكل 5 (أ) الإعداد التجريبي للطول الموجي القابل للتحكم البصري-ليزر الألياف القابل للضبطونظام القياس؛

(ب) أطياف الخرج عند المخرج 2 مع تعزيز المضخة المتحكمة

2.3 مصدر ضوء الليزر الأبيض

شهد تطوير مصدر الضوء الأبيض مراحل مختلفة مثل مصباح الهالوجين والتنغستن، ومصباح الديوتيريوم،ليزر أشباه الموصلاتومصدر الضوء فائق الاستمرارية. على وجه الخصوص، يُنتج مصدر الضوء فائق الاستمرارية، عند إثارته بنبضات فيمتوثانية أو بيكوثانية ذات قدرة عابرة فائقة، تأثيرات غير خطية من رتب مختلفة في الدليل الموجي، ويتسع نطاق الطيف بشكل كبير، ليغطي نطاقًا من الضوء المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة، ويتميز بتماسك قوي. إضافةً إلى ذلك، من خلال ضبط تشتت وعدم خطية الألياف الخاصة، يمكن توسيع نطاق طيفه حتى نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة. وقد استُخدم هذا النوع من مصادر الليزر على نطاق واسع في العديد من المجالات، مثل التصوير المقطعي بالتماسك البصري، والكشف عن الغازات، والتصوير البيولوجي، وغيرها. ونظرًا لمحدودية مصدر الضوء والوسط غير الخطي، كان طيف الضوء فائق الاستمرارية في بداياته يُنتج بشكل أساسي عن طريق ضخ ليزر الحالة الصلبة للزجاج البصري لإنتاج طيف الضوء فائق الاستمرارية في النطاق المرئي. ومنذ ذلك الحين، أصبحت الألياف البصرية تدريجيًا وسطًا ممتازًا لتوليد طيف الضوء فائق الاستمرارية واسع النطاق نظرًا لمعاملها غير الخطي الكبير ومجال نمط الإرسال الصغير. تشمل التأثيرات غير الخطية الرئيسية مزج أربع موجات، وعدم استقرار التضمين، والتضمين الذاتي للطور، والتضمين المتقاطع للطور، وانقسام السوليتون، وتشتت رامان، وانزياح تردد السوليتون الذاتي، وغيرها. وتختلف نسبة كل تأثير تبعًا لعرض نبضة الإثارة وتشتت الألياف. وبشكل عام، يركز مصدر الضوء فائق الاستمرارية حاليًا على تحسين قدرة الليزر وتوسيع نطاقه الطيفي، مع إيلاء اهتمام خاص للتحكم في تماسكه.

3. ملخص

تُقدّم هذه الورقة ملخصًا ومراجعةً لمصادر الليزر المستخدمة في تقنية استشعار الألياف، بما في ذلك ليزر عرض الخط الطيفي الضيق، وليزر التردد الأحادي القابل للضبط، وليزر الضوء الأبيض واسع النطاق. كما تُعرض بالتفصيل متطلبات التطبيق وحالة التطوير لهذه الليزرات في مجال استشعار الألياف. ومن خلال تحليل متطلباتها وحالة تطويرها، يُستنتج أن مصدر الليزر الأمثل لاستشعار الألياف هو الذي يُحقق خرج ليزر فائق الدقة والثبات في أي نطاق وفي أي وقت. لذلك، نبدأ بليزر عرض الخط الطيفي الضيق، وليزر عرض الخط الطيفي الضيق القابل للضبط، وليزر الضوء الأبيض ذي نطاق الكسب الواسع، ونبحث عن طريقة فعّالة لتحقيق مصدر الليزر الأمثل لاستشعار الألياف من خلال تحليل تطورها.