Aplicació del làser semiconductor de freqüència única en la mesura precisa de la interferència de les ones de llum

Aplicació deLàser semiconductor de freqüència únicaen la mesura precisa de la interferència de les ones de llum
L'aplicació de la freqüència únicalàser semiconductoren camps de mesura de precisió com ara hidròfons de fibra òptica i interferòmetres d'escolta terrestre, i s'analitza en profunditat l'impacte clau del rendiment del làser en el rendiment dels sistemes interferòmetres.

Estructura central i principi de funcionament del sistema: El sistema d'hidròfons de fibra òptica es compon principalment d'un capçal sensor i un interferòmetre (prenent com a exemple l'interferòmetre MZ). El principi bàsic és que el senyal sonor (pressió sonora Δ p) actua sobre el capçal sensor, provocant canvis en la longitud i l'índex de refracció de la fibra sensora que envolta el cilindre buit, introduint així canvis en la trajectòria òptica. Aquest petit canvi de trajectòria òptica (és a dir, canvi de fase) es detecta amb alta sensibilitat mitjançant un interferòmetre.

1. Capçal del sensor: La seva funció principal és convertir les vibracions sonores en canvis en la trajectòria òptica de l'interferòmetre. El coeficient de sensibilitat s està relacionat amb factors com la longitud de la fibra L, i les fibres sensores més llargues són beneficioses per millorar la sensibilitat del sistema.
2. Interferòmetre: És la "millor arma" per detectar petits canvis de fase. La intensitat de la llum de sortida té una relació cosinus amb la diferència de fase. En estabilitzar el biaix de fase estàtic φ ₀ en el punt de funcionament ortogonal ((m+1/2) π), el sistema pot aconseguir la màxima sensibilitat de detecció.
3. Paràmetres clau de la font de llum que afecten el rendiment del sistema: l'article se centra en l'anàlisi de les limitacions del rendiment del làser per aconseguir una alta resolució de fase (amb un objectiu de ≤ 1 μ rad).
4. Làsersoroll de freqüència i amplada de línia: El soroll de freqüència del làser pot causar soroll de fase d'interferència, reduint així la visibilitat de les franges d'interferència. Per a un interferòmetre amb una diferència de camí òptic d'aproximadament 1 metre, per aconseguir una resolució de fase d'1 μ rad, l'amplada de línia del làser ha de ser inferior a uns 30 Hz. Aquest és un requisit molt alt per a l'estabilitat de freqüència delfont de llum.
5. Soroll d'intensitat del làser: El soroll d'intensitat relativa (RIN) del làser es convertirà directament en error de fase del senyal d'interferència. Per aconseguir una resolució de fase d'1 μ rad a una potència de llum de detecció típica (~100 μ W), cal reduir el RIN del làser per sota de -120 dB. Aquest és un requisit molt alt per a l'estabilitat de la intensitat de la font de llum.

En resum, analitzant el sistema d'hidròfons de fibra òptica, s'elaboren els requisits estrictes per a la font de llum central – làser semiconductor de freqüència única – pel que fa a l'amplada de línia extremadament estreta (alta estabilitat de freqüència) i el soroll d'intensitat extremadament baixa en la mesura de precisió basada en el principi d'interferència, i es presenten els reptes d'estabilització de la freqüència làser que s'enfronten en aplicacions de sistemes a gran escala.