تقنية مصدر الليزر لاستشعار الألياف البصرية - الجزء الثاني

تقنية مصدر الليزر لاستشعار الألياف البصرية - الجزء الثاني

2.2 مسح الطول الموجي الفرديمصدر الليزر

إن تحقيق مسح طول موجة الليزر الفردية يهدف بشكل أساسي إلى التحكم في الخصائص الفيزيائية للجهاز فيالليزرتجويف (عادةً ما يكون الطول الموجي المركزي لعرض النطاق الترددي التشغيلي)، وذلك لتحقيق التحكم واختيار الوضع الطولي المتذبذب في التجويف، وذلك لتحقيق الغرض من ضبط طول موجة الخرج. بناءً على هذا المبدأ، في وقت مبكر من ثمانينيات القرن العشرين، تم تحقيق تحقيق ليزرات الألياف القابلة للضبط بشكل أساسي عن طريق استبدال الوجه النهائي العاكس لليزر بشبكة حيود عاكسة، واختيار وضع تجويف الليزر عن طريق تدوير شبكة الحيود وضبطها يدويًا. في عام 2011، استخدم Zhu et al. مرشحات قابلة للضبط لتحقيق خرج ليزر قابل للضبط بطول موجي واحد مع عرض خط ضيق. في عام 2016، تم تطبيق آلية ضغط عرض خط رايلي على ضغط ثنائي الطول الموجي، أي تم تطبيق الإجهاد على FBG لتحقيق ضبط ليزر ثنائي الطول الموجي، وتم مراقبة عرض خط ليزر الخرج في نفس الوقت، والحصول على نطاق ضبط طول موجي يبلغ 3 نانومتر. خرج مستقر ثنائي الطول الموجي بعرض خط يبلغ حوالي 700 هرتز. في عام 2017، استخدم تشو وزملاؤه الجرافين وشبكة براغ من الألياف الدقيقة النانوية لصنع مرشح قابل للضبط البصري بالكامل، وبدمجها مع تقنية تضييق ليزر بريلوين، استخدموا التأثير الضوئي الحراري للجرافين بالقرب من 1550 نانومتر لتحقيق عرض خط ليزر منخفض يصل إلى 750 هرتز، ومسح ضوئي سريع ودقيق بسرعة 700 ميجاهرتز/مللي ثانية في نطاق طول موجي يبلغ 3.67 نانومتر. كما هو موضح في الشكل 5، تُحقق طريقة التحكم في الطول الموجي المذكورة أعلاه اختيار وضع الليزر عن طريق تغيير الطول الموجي المركزي لنطاق التمرير للجهاز في تجويف الليزر، بشكل مباشر أو غير مباشر.

الشكل 5 (أ) الإعداد التجريبي للطول الموجي القابل للتحكم البصريليزر الألياف القابل للضبطونظام القياس؛

(ب) أطياف الإخراج عند المخرج 2 مع تعزيز مضخة التحكم

2.3 مصدر ضوء الليزر الأبيض

لقد مر تطوير مصدر الضوء الأبيض بمراحل مختلفة مثل مصباح الهالوجين التنغستن ومصباح الديوتيريوم،ليزر أشباه الموصلاتومصدر ضوء فائق الاستمرارية. على وجه الخصوص، يُنتج مصدر ضوء فائق الاستمرارية، تحت تأثير نبضات فيمتوثانية أو بيكو ثانية ذات طاقة فائقة العابرة، تأثيرات غير خطية من درجات مختلفة في الدليل الموجي، ويتسع الطيف بشكل كبير، ليغطي نطاقًا من الضوء المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة، ويتميز بتماسك قوي. بالإضافة إلى ذلك، من خلال ضبط تشتت الألياف الخاصة وعدم خطيتها، يمكن توسيع طيفها ليشمل نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة. وقد استُخدم هذا النوع من مصادر الليزر على نطاق واسع في العديد من المجالات، مثل التصوير المقطعي بالتماسك البصري، وكشف الغازات، والتصوير البيولوجي، وغيرها. ونظرًا لمحدودية مصدر الضوء والوسط غير الخطي، كان طيف فائق الاستمرارية المبكر يُنتَج بشكل رئيسي عن طريق ليزر الحالة الصلبة الذي يضخ الزجاج البصري لإنتاج طيف فائق الاستمرارية في النطاق المرئي. ومنذ ذلك الحين، أصبحت الألياف الضوئية تدريجيًا وسطًا ممتازًا لتوليد فائق الاستمرارية عريض النطاق بفضل معاملها غير الخطي الكبير ومجال نقلها الصغير. تشمل التأثيرات غير الخطية الرئيسية: خلط الموجات الرباعية، وعدم استقرار التعديل، والتعديل الذاتي، والتعديل المتقاطع، وتقسيم السوليتون، وتشتت رامان، وإزاحة التردد الذاتي للسوليتون، وغيرها. وتختلف نسبة كل تأثير باختلاف عرض نبضة الإثارة وتشتت الألياف. وبشكل عام، يهدف مصدر الضوء فائق الاستمرارية حاليًا بشكل رئيسي إلى تحسين طاقة الليزر وتوسيع نطاقه الطيفي، مع التركيز على التحكم في تماسكه.

3 ملخص

تُلخص هذه الورقة البحثية وتُراجع مصادر الليزر المُستخدمة في دعم تقنية استشعار الألياف، بما في ذلك الليزر ضيق النطاق، والليزر أحادي التردد القابل للضبط، والليزر الأبيض عريض النطاق. وتُقدم هذه الورقة بالتفصيل متطلبات تطبيقات هذه الليزرات وحالة تطويرها في مجال استشعار الألياف. ومن خلال تحليل متطلباتها وحالة تطويرها، يُستنتج أن مصدر الليزر الأمثل لاستشعار الألياف يُمكنه تحقيق خرج ليزر فائق الضيق والثبات في أي نطاق وفي أي وقت. لذلك، نبدأ باستخدام ليزر ضيق النطاق، وليزر ضيق النطاق قابل للضبط، وليزر الضوء الأبيض ذو نطاق ترددي واسع الكسب، ونبحث عن طريقة فعّالة لتحقيق مصدر الليزر الأمثل لاستشعار الألياف من خلال تحليل تطورها.