Tecnologia della sorgente laser per il rilevamento in fibra ottica - Parte seconda
2.2 Spazzata a lunghezza d'onda singolasorgente laser
La realizzazione di una scansione laser a lunghezza d'onda singola consiste essenzialmente nel controllare le proprietà fisiche del dispositivo nellasercavità (solitamente la lunghezza d'onda centrale della larghezza di banda operativa), in modo da ottenere il controllo e la selezione del modo longitudinale oscillante nella cavità, in modo da raggiungere lo scopo di sintonizzare la lunghezza d'onda di uscita. Sulla base di questo principio, già negli anni '80, la realizzazione di laser a fibra sintonizzabili veniva ottenuta principalmente sostituendo la superficie riflettente del laser con un reticolo di diffrazione riflettente e selezionando il modo della cavità laser ruotando e sintonizzando manualmente il reticolo di diffrazione. Nel 2011, Zhu et al. hanno utilizzato filtri sintonizzabili per ottenere un'uscita laser sintonizzabile a lunghezza d'onda singola con una larghezza di linea stretta. Nel 2016, il meccanismo di compressione della larghezza di linea di Rayleigh è stato applicato alla compressione a doppia lunghezza d'onda, ovvero è stato applicato uno stress al FBG per ottenere la sintonizzazione laser a doppia lunghezza d'onda e la larghezza di linea del laser in uscita è stata monitorata contemporaneamente, ottenendo un intervallo di sintonizzazione della lunghezza d'onda di 3 nm. Uscita stabile a doppia lunghezza d'onda con una larghezza di linea di circa 700 Hz. Nel 2017, Zhu et al. hanno utilizzato grafene e reticoli di Bragg in micro-nanofibre per realizzare un filtro sintonizzabile completamente ottico e, in combinazione con la tecnologia di restringimento laser di Brillouin, hanno sfruttato l'effetto fototermico del grafene a circa 1550 nm per ottenere una larghezza di linea laser fino a 750 Hz e una scansione fotocontrollata rapida e precisa di 700 MHz/ms nell'intervallo di lunghezza d'onda di 3,67 nm. Come mostrato in Figura 5, il metodo di controllo della lunghezza d'onda sopra descritto realizza sostanzialmente la selezione della modalità laser modificando direttamente o indirettamente la lunghezza d'onda centrale della banda passante del dispositivo nella cavità laser.
Fig. 5 (a) Configurazione sperimentale della lunghezza d'onda controllabile otticamentelaser a fibra sintonizzabilee il sistema di misura;
(b) Spettri di uscita all'uscita 2 con il potenziamento della pompa di controllo
2.3 Sorgente luminosa laser bianca
Lo sviluppo della sorgente di luce bianca ha attraversato varie fasi come la lampada alogena al tungsteno, la lampada al deuterio,laser a semiconduttoree sorgente luminosa supercontinuo. In particolare, la sorgente luminosa supercontinuo, sotto l'eccitazione di impulsi a femtosecondi o picosecondi con potenza supertransitoria, produce effetti non lineari di vari ordini nella guida d'onda e lo spettro risulta notevolmente ampliato, coprendo la banda dalla luce visibile al vicino infrarosso e presentando un'elevata coerenza. Inoltre, regolando la dispersione e la non linearità della fibra speciale, il suo spettro può essere esteso anche alla banda del medio infrarosso. Questo tipo di sorgente laser ha trovato ampia applicazione in molti campi, come la tomografia a coerenza ottica, la rilevazione di gas, l'imaging biologico e così via. A causa dei limiti della sorgente luminosa e del mezzo non lineare, lo spettro supercontinuo iniziale era prodotto principalmente mediante pompaggio laser a stato solido in vetro ottico per produrre lo spettro supercontinuo nella gamma visibile. Da allora, la fibra ottica è gradualmente diventata un mezzo eccellente per generare supercontinuo a banda larga grazie al suo elevato coefficiente non lineare e al piccolo campo di modalità di trasmissione. I principali effetti non lineari includono la miscelazione a quattro onde, l'instabilità di modulazione, l'automodulazione di fase, la modulazione di fase incrociata, la divisione solitonica, la diffusione Raman, lo spostamento di frequenza autoordinato solitonico, ecc., e la proporzione di ciascun effetto varia anche in base alla durata dell'impulso di eccitazione e alla dispersione della fibra. In generale, ora la sorgente di luce supercontinuo è principalmente rivolta al miglioramento della potenza laser e all'espansione della gamma spettrale, con particolare attenzione al controllo della coerenza.
3 Riepilogo
Questo articolo riassume e analizza le sorgenti laser utilizzate per supportare la tecnologia di rilevamento in fibra ottica, tra cui laser a larghezza di linea stretta, laser sintonizzabili a frequenza singola e laser a luce bianca a banda larga. Vengono presentati in dettaglio i requisiti applicativi e lo stato di sviluppo di questi laser nel campo del rilevamento in fibra ottica. Analizzandone i requisiti e lo stato di sviluppo, si conclude che la sorgente laser ideale per il rilevamento in fibra ottica può raggiungere un'uscita laser ultra-stretta e ultra-stabile in qualsiasi banda e in qualsiasi momento. Pertanto, partiamo dal laser a larghezza di linea stretta, dal laser a larghezza di linea stretta sintonizzabile e dal laser a luce bianca con ampia larghezza di banda di guadagno, e scopriamo un modo efficace per realizzare la sorgente laser ideale per il rilevamento in fibra ottica analizzandone lo sviluppo.
Data di pubblicazione: 21-11-2023