Tecnologia delle sorgenti laser per il rilevamento tramite fibra ottica - Parte seconda
2.2 Scansione a singola lunghezza d'ondasorgente laser
La realizzazione della scansione a singola lunghezza d'onda del laser consiste essenzialmente nel controllare le proprietà fisiche del dispositivo nellasercavità (di solito 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. Basandosi su questo principio, già negli anni '80, la realizzazione di laser a fibra sintonizzabili è stata ottenuta principalmente sostituendo la faccia terminale 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 singola lunghezza d'onda con larghezza di riga stretta. Nel 2016, il meccanismo di compressione della larghezza di riga di Rayleigh è stato applicato alla compressione a doppia lunghezza d'onda, ovvero è stata applicata una sollecitazione al FBG per ottenere la sintonizzazione laser a doppia lunghezza d'onda e la larghezza di riga del laser di 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 riga di circa 700 Hz. Nel 2017, Zhu et al. hanno utilizzato il grafene e un reticolo di Bragg in fibra micro-nano per realizzare un filtro sintonizzabile completamente ottico e, in combinazione con la tecnologia di restringimento laser Brillouin, hanno sfruttato l'effetto fototermico del grafene vicino a 1550 nm per ottenere una larghezza di riga laser di soli 750 Hz e una scansione rapida e precisa fotocontrollata di 700 MHz/ms nell'intervallo di lunghezze 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 otticamente-laser a fibra sintonizzabilee il sistema di misurazione;
(b) Spettri di uscita all'uscita 2 con l'incremento della pompa di controllo
2.3 Sorgente di luce laser bianca
Lo sviluppo della sorgente di luce bianca ha attraversato varie fasi come la lampada al tungsteno alogena, la lampada al deuterio,laser a semiconduttoree sorgente di luce supercontinuo. In particolare, la sorgente di luce supercontinuo, sotto l'eccitazione di impulsi di femtosecondi o picosecondi con potenza supertransitoria, produce effetti non lineari di vari ordini nella guida d'onda e lo spettro viene notevolmente ampliato, potendo coprire la banda dalla luce visibile al vicino infrarosso e presentando una forte 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 è stato ampiamente applicato in molti campi, come la tomografia a coerenza ottica, il rilevamento di gas, l'imaging biologico e così via. A causa delle limitazioni della sorgente luminosa e del mezzo non lineare, il primo spettro supercontinuo è stato prodotto principalmente mediante pompaggio laser a stato solido di vetro ottico per generare lo spettro supercontinuo nella gamma del 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 del modo 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 scissione del solitone, la diffusione Raman, lo spostamento di frequenza del solitone, ecc., e la proporzione di ciascun effetto è diversa a seconda della larghezza dell'impulso di eccitazione e della dispersione della fibra. In generale, attualmente la sorgente di luce supercontinuo si concentra principalmente sul miglioramento della potenza del laser e sull'espansione della gamma spettrale, prestando attenzione al controllo della coerenza.
3 Riepilogo
Questo articolo riassume e analizza le sorgenti laser utilizzate a supporto della tecnologia di rilevamento a fibra ottica, tra cui laser a larghezza di riga stretta, laser a frequenza singola sintonizzabile e laser a luce bianca a banda larga. Vengono descritti in dettaglio i requisiti applicativi e lo stato di sviluppo di questi laser nel campo del rilevamento a fibra ottica. Analizzando i requisiti e lo stato di sviluppo, si conclude che la sorgente laser ideale per il rilevamento a fibra ottica può raggiungere un'emissione laser ultra-stretta e ultra-stabile in qualsiasi banda e in qualsiasi momento. Pertanto, si parte dal laser a larghezza di riga stretta, dal laser a larghezza di riga stretta sintonizzabile e dal laser a luce bianca con ampia larghezza di banda di guadagno, e si individua un metodo efficace per realizzare la sorgente laser ideale per il rilevamento a fibra ottica analizzandone lo sviluppo.
Data di pubblicazione: 21 novembre 2023