Applicazione del laser a semiconduttore a frequenza singola nella misurazione precisa dell'interferenza delle onde luminose

Applicazione diLaser a semiconduttore a frequenza singolanella misurazione precisa dell'interferenza delle onde luminose
L'applicazione della singola frequenzalaser a semiconduttoreVengono discussi i campi di misura di precisione come gli idrofoni a fibra ottica e gli interferometri di ascolto a terra, e viene analizzato in dettaglio l'impatto chiave delle prestazioni del laser sulle prestazioni dei sistemi interferometrici.

Struttura e principio di funzionamento del sistema: Il sistema idrofonico a fibra ottica è composto principalmente da una testina di rilevamento e da un interferometro (prendendo come esempio un interferometro di Mach-Zehnder). Il principio di base è che il segnale sonoro (pressione sonora Δp) agisce sulla testina di rilevamento, provocando variazioni nella lunghezza e nell'indice di rifrazione della fibra di rilevamento avvolta attorno al cilindro cavo, introducendo così variazioni nel percorso ottico. Questa piccola variazione del percorso ottico (ovvero la variazione di fase) viene rilevata con elevata sensibilità da un interferometro.

1. Testa del sensore: la sua funzione principale è convertire le vibrazioni sonore in variazioni del percorso ottico dell'interferometro. Il coefficiente di sensibilità s è correlato a fattori quali la lunghezza della fibra L, e fibre di rilevamento più lunghe sono vantaggiose per migliorare la sensibilità del sistema.
2. Interferometro: è l'arma migliore per rilevare piccole variazioni di fase. L'intensità della luce in uscita ha una relazione cosinusoidale con la differenza di fase. Stabilizzando la polarizzazione di fase statica φ ₀ nel punto operativo ortogonale ((m+1/2) π), il sistema può raggiungere la massima sensibilità di rilevamento.
3. Parametri chiave della sorgente luminosa che influenzano le prestazioni del sistema: l'articolo si concentra sull'analisi dei limiti delle prestazioni del laser nel raggiungimento di un'elevata risoluzione di fase (con un obiettivo di ≤ 1 μ rad).
4. Laserrumore di frequenza e larghezza di riga: il rumore di frequenza del laser può causare rumore di fase di interferenza, riducendo così la visibilità delle frange di interferenza. Per un interferometro con una differenza di percorso ottico di circa 1 metro, per ottenere una risoluzione di fase di 1 μ rad, la larghezza di riga del laser deve essere inferiore a circa 30 Hz. Questo è un requisito molto elevato per la stabilità di frequenza dell'interferometro.fonte luminosa.
5. Rumore di intensità del laser: il rumore di intensità relativa (RIN) del laser verrà convertito direttamente in errore di fase del segnale di interferenza. Per ottenere una risoluzione di fase di 1 μ rad a una tipica potenza della luce di rilevamento (~100 μ W), il RIN del laser deve essere ridotto al di sotto di -120 dB. Questo è un requisito molto elevato per la stabilità dell'intensità della sorgente luminosa.

In sintesi, analizzando il sistema idrofonico a fibra ottica, vengono illustrati i rigorosi requisiti per la sorgente luminosa principale – un laser a semiconduttore a frequenza singola – in termini di larghezza di riga estremamente ridotta (elevata stabilità di frequenza) e rumore di intensità estremamente basso nelle misurazioni di precisione basate sul principio di interferenza, e vengono presentate le sfide di stabilizzazione della frequenza del laser che si presentano nelle applicazioni di sistemi su larga scala.