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光纖激光器

詳解單頻光纖激光器技術(shù)應(yīng)用(一)

星之球激光 來源:欣天激光2013-01-05 我要評論(0 )   

大家所熟悉的光纖傳感一般指的布拉格光柵+ASE寬帶光源結(jié)構(gòu)的光時(shí)域反射機(jī)制,盡管在解調(diào)方面大多依賴國外產(chǎn)品,但這種解決方案還是得到了相對廣泛的應(yīng)用,尤其是在橋梁...

       大家所熟悉的光纖傳感一般指的布拉格光柵+ASE寬帶光源結(jié)構(gòu)的光時(shí)域反射機(jī)制,盡管在解調(diào)方面大多依賴國外產(chǎn)品,但這種解決方案還是得到了相對廣泛的應(yīng)用,尤其是在橋梁、建筑物、馬路和油罐等領(lǐng)域一般都可以滿足中低端的民用需求。

  窄線寬單頻光纖激光器的出現(xiàn)為我們打開了光纖傳感的另一扇門,而且其應(yīng)用價(jià)值和社會意義更為重大!不同于普通光纖傳感應(yīng)用,該解決方案是專門針對超遠(yuǎn)距離、超高精度和超高敏感度市場應(yīng)用的,主要有:石油勘探、軍事國防、管道監(jiān)控、激光雷達(dá)和海底通信等等,是光纖傳感技術(shù)發(fā)展之最新成就。

  本文所介紹的光纖傳感技術(shù)起源于激光雷達(dá)的FMCW原理,采用相干探測進(jìn)行檢測,利用光纖本身進(jìn)行直接傳感,完全可以構(gòu)建低成本的分布式傳感網(wǎng)絡(luò),具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和現(xiàn)實(shí)意義。

  光纖傳感

  受電信、半導(dǎo)體和消費(fèi)電子行業(yè)的推動,光電技術(shù)和光纖技術(shù)在20世紀(jì)90年代取的了巨大成就。盡管這些行業(yè)在近幾年遭受很多阻力而陷入低谷,但是其中很多先進(jìn)技術(shù)卻在其它行業(yè)比如光纖傳感得到了全面發(fā)展,呈現(xiàn)出另一番蓬勃?dú)庀?。光纖傳感集成了在光纖技術(shù)、激光技術(shù)和光電探測等多領(lǐng)域所取得的巨大突破表現(xiàn)出極具活力和發(fā)展前途。同時(shí),由于各相關(guān)光電子制造的成熟,它們的成本也大幅降低,大力推動了光纖傳感的發(fā)展。

  與傳統(tǒng)傳感技術(shù)相比,基于光纖的傳感器主要有如下幾大優(yōu)勢:

 ?。?)重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、易多路復(fù)用

 ?。?)抗惡劣環(huán)境、抗電磁干擾、抗化學(xué)腐蝕

 ?。?)在傳感點(diǎn)無需用電、可以長距離分布式傳感

  (4)可低成本大規(guī)模生產(chǎn)

  繼光纖通訊后,光纖傳感迎來了重要的發(fā)展契機(jī),在安保、軍事、石油/天然氣、電力以及科學(xué)研究方面享有廣泛而巨大的應(yīng)用價(jià)值,尤其是在西方發(fā)達(dá)國家更有燎原之勢,前途不可限量!

 

  單頻光纖傳感技術(shù)

  然而目前市場上尤其是在中國,布拉格光纖光柵(配備ASE寬帶光源)和基于光時(shí)域反射的分布式傳感器是應(yīng)用最為廣泛的光纖傳感技術(shù),該技術(shù)基本上可以滿足中低端一般市場的需求而被業(yè)內(nèi)人士所熟知。而現(xiàn)在介紹的光譜線寬窄至2kHz的單頻光纖激光器,及其引申出來的最新一代光傳感技術(shù)完全有別于我們現(xiàn)在所樂道的光纖傳感。這種新的技術(shù)方案完全勝任電傳感和一般光纖傳感無法完成的高端市場對超遠(yuǎn)距離、超高精度和超高敏感的更高需求,而這在中國尚處于立項(xiàng)和預(yù)研階段。

  采用單頻光纖激光器做光傳感,其光學(xué)原理就是光頻時(shí)域反射,或稱之為頻率調(diào)制連續(xù)波技術(shù)(FMCW)。在該技術(shù)里,從眾多傳感頭返回的信號光不再是被時(shí)間分割,而頻率。在該全新的光纖傳感系統(tǒng)里我們介紹的單頻光纖激光器具有如下鮮明特點(diǎn):

       (1)功率連續(xù)輸出、波長線性可調(diào)

 ?。?)光譜線寬2kHz、相干長度100公里

 ?。?)頻率穩(wěn)定性10Mhz、相位噪聲比DFB激光器低2個(gè)數(shù)量級

 ?。?)天生的線偏振功能、絕對單橫/縱模

  以上卓越的技術(shù)特點(diǎn)使得超高性能的光干涉?zhèn)鞲谐蔀榭赡芎同F(xiàn)實(shí)?;贔MCW技術(shù)的傳感系統(tǒng)可以通過PZT波長調(diào)制功能充分利用該種激光器:從傳感頭返回的信號光與激光本機(jī)振器一起混頻,產(chǎn)生一個(gè)拍頻,然后再進(jìn)行電處理和分析,這就是我們所說的相干探測。眾所周知,相干探測有別與直接探測之最大特點(diǎn)就是靈敏度極高和探測距離超遠(yuǎn),它一般可以探測到百億分之一微弱的光信號,這是直接探測所不敢想象的。

 

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