Teicneolaíocht foinse léasair le haghaidhsnáithín optúilbraiteadh Cuid a hAon
Is cineál teicneolaíochta braite í teicneolaíocht braite snáithíní optúla a forbraíodh i gcomhar le teicneolaíocht snáithíní optúla agus teicneolaíocht chumarsáide snáithíní optúla, agus tá sí anois ar cheann de na brainsí is gníomhaí den teicneolaíocht fhótaileictreach. Tá córas braite snáithíní optúla comhdhéanta den chuid is mó de léasar, snáithín tarchuir, eilimint braite nó limistéar modhnúcháin, braite solais agus páirteanna eile. I measc na bparaiméadar a chuireann síos ar shaintréithe tonn solais tá déine, tonnfhad, céim, staid pholairithe, etc. Féadfaidh tionchair sheachtracha i dtarchur snáithíní optúla na paraiméadair seo a athrú. Mar shampla, nuair a théann teocht, brú, brú, sruth, díláithriú, creathadh, rothlú, lúbadh agus cainníocht cheimiceach i bhfeidhm ar an gcosán optúil, athraíonn na paraiméadair seo dá réir. Tá braite snáithíní optúla bunaithe ar an ngaol idir na paraiméadair seo agus fachtóirí seachtracha chun na cainníochtaí fisiceacha comhfhreagracha a bhrath.
Tá go leor cineálacha ann defoinse léasaira úsáidtear i gcórais braite snáithíní optúla, ar féidir iad a roinnt ina dhá chatagóir: comhtháitefoinsí léasairagus foinsí solais neamhchomhleanúnacha, neamhchomhleanúnachfoinsí solaisáirítear go príomha solas gealbhruthach agus dé-óidí astaithe solais, agus áirítear léasair sholadacha, léasair leachtacha, léasair gháis i measc na bhfoinsí solais chomhleanúnacha,léasar leathsheoltóraagusléasar snáithíneachIs don chuid is mó atá an méid seo a leanasfoinse solais léasaira úsáidtear go forleathan i réimse na braite snáithíní le blianta beaga anuas: léasar aon-minicíochta leithead líne caol, léasar minicíochta scuabtha aon-thonnfhaid agus léasar bán.
1.1 Riachtanais maidir le leithead caol línefoinsí solais léasair
Ní féidir córas braite snáithíní optúla a scaradh ón bhfoinse léasair, toisc go bhfuil ról cinntitheach ag an tonn solais iompróra comhartha tomhaiste, feidhmíocht an fhoinse solais léasair féin, amhail cobhsaíocht chumhachta, leithead líne léasair, torann céime agus paraiméadair eile ar achar braite, cruinneas braite, íogaireacht agus tréithe torainn an chórais braite snáithíní optúla. Le blianta beaga anuas, le forbairt córas braite snáithíní optúla ultra-ardtaifigh fad-achair, tá ceanglais níos déine curtha chun cinn ag an lucht acadúil agus ag an tionscal maidir le feidhmíocht leithead líne miondealú léasair, go príomha i: úsáideann teicneolaíocht machnaimh fearainn minicíochta optúla (OFDR) teicneolaíocht braite comhtháite chun comharthaí scaipthe backrayleigh snáithíní optúla sa fhearann minicíochta a anailísiú, le clúdach leathan (na mílte méadar). Tá buntáistí ardtaifigh (taifigh leibhéal milliméadair) agus ardíogaireachta (suas le -100 dBm) anois ar cheann de na teicneolaíochtaí a bhfuil ionchais iarratais leathana acu i dteicneolaíocht tomhais agus braite snáithíní optúla dáilte. Is é croílár na teicneolaíochta OFDR ná foinse solais inchoigeartaithe a úsáid chun coigeartú minicíochta optúla a bhaint amach, agus mar sin is é feidhmíocht an fhoinse léasair a chinneann na príomhfhachtóirí amhail raon braite OFDR, íogaireacht agus taifeach. Nuair a bhíonn an fad pointe frithchaite gar don fhad comhtháthaithe, laghdófar déine an chomhartha buille go heaspónantúil leis an gcomhéifeacht τ/τc. I gcás foinse solais Gaussach le cruth speictreach, chun a chinntiú go bhfuil infheictheacht níos mó ná 90% ag an minicíocht buille, is é an gaol idir leithead líne an fhoinse solais agus an fad braite uasta is féidir leis an gcóras a bhaint amach ná Lmax~0.04vg/f, rud a chiallaíonn, i gcás snáithín le fad 80 km, go bhfuil leithead líne an fhoinse solais níos lú ná 100 Hz. Ina theannta sin, chuir forbairt feidhmchlár eile ceanglais níos airde chun cinn maidir le leithead líne an fhoinse solais. Mar shampla, sa chóras hidreafóin snáithíní optúla, cinneann leithead líne an fhoinse solais torann an chórais agus cinneann sé an comhartha intomhaiste íosta den chóras freisin. I bhfrithchaiteoir fearainn ama optúil Brillouin (BOTDR), is é leithead líne an fhoinse solais a chinneann réiteach tomhais teochta agus struis den chuid is mó. I ngiorra snáithíneach athshondóra, is féidir fad comhtháthaithe na tonn solais a mhéadú trí leithead líne an fhoinse solais a laghdú, rud a fheabhsaíonn míne agus doimhneacht athshondais an athshondóra, a laghdaíonn leithead líne an athshondóra, agus a chinntíonn cruinneas tomhais an ghiorra snáithíneach.
1.2 Ceanglais maidir le foinsí léasair scuabtha
Tá feidhmíocht choigeartaithe tonnfhaid solúbtha ag léasar scuabtha tonnfhaid aonair, is féidir leis léasair tonnfhaid sheasta aschuir iolracha a athsholáthar, costas tógála an chórais a laghdú, agus is cuid riachtanach de chóras braite snáithíní optúla é. Mar shampla, i mbraite snáithín gáis rianaithe, bíonn buaicphointí ionsúcháin gáis éagsúla ag cineálacha éagsúla gás. Chun éifeachtúlacht ionsúcháin solais a chinntiú nuair a bhíonn an gás tomhais leordhóthanach agus íogaireacht tomhais níos airde a bhaint amach, is gá tonnfhad an fhoinse solais tarchuir a ailíniú le buaic ionsúcháin mhóilín an gháis. Is é tonnfhad an fhoinse solais braite a chinneann an cineál gáis is féidir a bhrath go bunúsach. Dá bhrí sin, bíonn solúbthacht tomhais níos airde ag léasair leitheadlíne caol le feidhmíocht choigeartaithe leathanbhanda cobhsaí i gcórais braite den sórt sin. Mar shampla, i roinnt córas braite snáithíní optúla dáilte bunaithe ar fhrithchaitheamh fearainn minicíochta optúla, ní mór an léasar a scuabadh go tapa go tréimhsiúil chun braiteadh agus dímhodúlú comhtháite ardchruinneas comharthaí optúla a bhaint amach, mar sin tá ceanglais réasúnta ard ag ráta modhnúcháin an fhoinse léasair, agus is gnách go sroicheann luas scuabtha an léasair inchoigeartaithe 10 pm/μs. Ina theannta sin, is féidir an léasar líneleithid caol inchoigeartaithe tonnfhaid a úsáid go forleathan i liDAR, i mbraiteadh cianda léasair agus in anailís speictreach ardtaifigh agus i réimsí braite eile. Chun freastal ar riachtanais pharaiméadair ardfheidhmíochta bandaleithead coigeartaithe, cruinneas coigeartaithe agus luas coigeartaithe léasair aon-thonnfhaid i réimse na braite snáithíní, is é an sprioc fhoriomlán atá le staidéar a dhéanamh ar léasair snáithíní leithead caol inchoigeartaithe le blianta beaga anuas ná coigeartú ardchruinneas a bhaint amach i raon tonnfhaid níos mó bunaithe ar leithead líne léasair thar a bheith caol, torann céime thar a bheith íseal, agus minicíocht agus cumhacht aschuir thar a bheith cobhsaí a shaothrú.
1.3 Éileamh ar fhoinse solais léasair bhán
I réimse na braite optúla, tá léasar solais bháin ardchaighdeáin thar a bheith tábhachtach chun feidhmíocht an chórais a fheabhsú. Dá leithne clúdach speictrim léasair solais bháin, is ea is fairsinge a fheidhmchláir i gcóras braite snáithíní optúla. Mar shampla, agus gráille Bragg snáithíneach (FBG) á húsáid chun líonra braiteoirí a thógáil, d'fhéadfaí anailís speictreach nó modh meaitseála scagaire inchoigeartaithe a úsáid le haghaidh dímhodúlúcháin. Úsáideadh speictriméadar sa chéad cheann chun gach tonnfhad athshondach FBG sa líonra a thástáil go díreach. Úsáideadh scagaire tagartha sa dara ceann chun an FBG a rianú agus a chalabrú sa bhraiteoireacht, agus éilíonn an dá cheann acu foinse solais leathanbhanda mar fhoinse solais tástála don FBG. Toisc go mbeidh caillteanas iontrála áirithe ag gach líonra rochtana FBG, agus go bhfuil bandaleithead níos mó ná 0.1 nm aige, éilíonn dímhodúlúchán comhuaineach il-FBG foinse solais leathanbhanda le cumhacht ard agus bandaleithead ard. Mar shampla, agus grátáil snáithíneach tréimhsiúil fhada (LPFG) á húsáid le haghaidh braite, ós rud é go bhfuil bandaleithead buaic caillteanais aonair thart ar 10 nm, tá gá le foinse solais leathan-speictrim le bandaleithead leordhóthanach agus speictream réasúnta cothrom chun a shaintréithe buaic athshondais a shainiú go cruinn. Go háirithe, is féidir le grátáil snáithíneach fuaimiúil (AIFG) atá tógtha trí úsáid a bhaint as éifeacht fuaimiúil-optúil raon tiúnta de thonnfhad athshondais suas le 1000 nm a bhaint amach trí thiúnta leictreach. Dá bhrí sin, cuireann tástáil grátáil dinimiciúil le raon tiúnta ultra-leathan den sórt sin dúshlán mór do raon bandaleithead foinse solais leathan-speictrim. Ar an gcaoi chéanna, le blianta beaga anuas, tá grátáil snáithíneach Bragg claonta in úsáid go forleathan i réimse na braite snáithíní freisin. Mar gheall ar a shaintréithe speictrim caillteanais il-bhuaic, is féidir leis an raon dáilte tonnfhaid 40 nm a bhaint amach de ghnáth. Is gnách gurb é a mheicníocht braite ná an ghluaiseacht choibhneasta i measc il-bhuaiceanna tarchuir a chur i gcomparáid, mar sin is gá a speictream tarchuir a thomhas go hiomlán. Tá gá le bandaleithead agus cumhacht na foinse solais leathan-speictrim a bheith níos airde.
2. Stádas taighde sa bhaile agus thar lear
2.1 Foinse solais léasair líne caol
2.1.1 Léasar aiseolais dáilte leathsheoltóra líne caolleithead
Sa bhliain 2006, laghdaigh Cliche et al. scála MHz leathsheoltóraLéasar DFB(léasar aiseolais dáilte) go scála kHz ag baint úsáide as modh aiseolais leictrigh; Sa bhliain 2011, bhain Kessler et al. úsáid as cuas criostail aonair ísealteochta agus ardchobhsaíochta in éineacht le rialú aiseolais gníomhach chun aschur léasair leithead líne thar a bheith caol de 40 MHz a fháil; Sa bhliain 2013, fuair Peng et al. aschur léasair leathsheoltóra le leithead líne de 15 kHz trí úsáid a bhaint as an modh coigeartaithe aiseolais sheachtraigh Fabry-Perot (FP). Úsáideadh an t-aiseolas cobhsaithe minicíochta Pond-Drever-Hall den chuid is mó sa mhodh aiseolais leictrigh chun leithead líne léasair an fhoinse solais a laghdú. Sa bhliain 2010, tháirg Bernhardi et al. 1 cm de FBG alúmana dópáilte le heirbiam ar foshraith ocsaíd sileacain chun aschur léasair a fháil le leithead líne de thart ar 1.7 kHz. Sa bhliain chéanna, rinne Liang et al. úsáideadh an t-aiseolas féin-insteallta de scaipeadh Rayleigh ar gcúl a chruthaigh athshondóir balla macalla ard-Q le haghaidh comhbhrú leithead líne léasair leathsheoltóra, mar a thaispeántar i bhFíor 1, agus ar deireadh fuaireadh aschur léasair leithead líne caol de 160 Hz.
Fíor 1 (a) Léaráid de chomhbhrú líneleithead léasair leathsheoltóra bunaithe ar scaipeadh Rayleigh féin-insteallta athshondóra mód gailearaí cogarnaigh sheachtraigh;
(b) Speictream minicíochta an léasair leathsheoltóra atá ag rith go saor le leithead líne 8 MHz;
(c) Speictream minicíochta an léasair le leithead líne comhbhrúite go 160 Hz
2.1.2 Léasar snáithíneach líne caol
I gcás léasair snáithíní cuasa líneacha, faightear aschur léasair leithead líne caol mód fadaimseartha aonair trí fhad an athshondóra a ghiorrú agus an t-eatramh mód fadaimseartha a mhéadú. Sa bhliain 2004, fuair Spiegelberg et al. aschur léasair leithead líne caol mód fadaimseartha aonair le leithead líne 2 kHz trí mhodh cuas gearr DBR a úsáid. Sa bhliain 2007, d'úsáid Shen et al. snáithín sileacain 2 cm a raibh dópáil eirbiam trom air chun FBG a scríobh ar shnáithín fótaisinéiseach comhdópáilte Bi-Ge, agus chomhleáigh siad é le snáithín gníomhach chun cuas líneach dlúth a fhoirmiú, rud a fhágann go bhfuil leithead líne a aschuir léasair níos lú ná 1 kHz. Sa bhliain 2010, d'úsáid Yang et al. cuas líneach gearr 2cm a raibh dópáil ard air in éineacht le scagaire FBG caolbhanda chun aschur léasair mód fadaimseartha aonair a fháil le leithead líne níos lú ná 2 kHz. Sa bhliain 2014, bhain an fhoireann úsáid as cuas gearr líneach (athshondóir fáinne fillte fíorúil) in éineacht le scagaire FBG-FP chun aschur léasair le leithead líne níos cúinge a fháil, mar a thaispeántar i bhFíor 3. Sa bhliain 2012, bhain Cai et al. úsáid as struchtúr cuas gearr 1.4cm chun aschur léasair polaraithe a fháil le cumhacht aschuir níos mó ná 114 mW, tonnfhad lárnach 1540.3 nm, agus leithead líne 4.1 kHz. Sa bhliain 2013, bhain Meng et al. úsáid as scaipeadh Brillouin ar shnáithín dópáilte le heirbiam le cuas gearr fáinne de ghléas caomhnaithe lán-chlaonta chun aschur léasair torainn ísealchéime, mód aon-fhadaimseartha a fháil le cumhacht aschuir 10 mW. Sa bhliain 2015, bhain an fhoireann úsáid as cuas fáinne comhdhéanta de shnáithín dópáilte le heirbiam 45 cm mar mheán gnóthachain scaipthe Brillouin chun aschur léasair tairseach íseal agus leithead líne caol a fháil.
Fíor 2 (a) Líníocht sceimiteach den léasar snáithíneach SLC;
(b) Cruth líne an chomhartha heitridíne a tomhaiseadh le moill snáithíneach 97.6 km
Am an phoist: 20 Samhain, 2023