کاربرد لیزر نیمه‌هادی تک فرکانس در اندازه‌گیری دقیق تداخل موج نور

کاربردلیزر نیمه هادی تک فرکانسدر اندازه‌گیری دقیق تداخل موج نور
کاربرد فرکانس واحدلیزر نیمه هادیدر زمینه‌های اندازه‌گیری دقیق مانند هیدروفون‌های فیبر نوری و تداخل‌سنج‌های شنود زمینی مورد بحث قرار گرفته است و تأثیر کلیدی عملکرد لیزر بر عملکرد سیستم‌های تداخل‌سنج به طور عمیق مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است.

ساختار اصلی و اصل کار سیستم: سیستم هیدروفون فیبر نوری عمدتاً از یک سر حسگر و یک تداخل‌سنج تشکیل شده است (به عنوان مثال تداخل‌سنج MZ). اصل اساسی این است که سیگنال صوتی (فشار صوت Δp) بر روی سر حسگر عمل می‌کند و باعث ایجاد تغییراتی در طول و ضریب شکست فیبر حسگر پیچیده شده به دور استوانه توخالی می‌شود و در نتیجه تغییراتی در مسیر نوری ایجاد می‌کند. این تغییر کوچک مسیر نوری (یعنی تغییر فاز) با حساسیت بالا توسط یک تداخل‌سنج شناسایی می‌شود.

۱. سر حسگر: وظیفه اصلی آن تبدیل ارتعاشات صوتی به تغییرات در مسیر نوری تداخل‌سنج است. ضریب حساسیت s به عواملی مانند طول فیبر L مربوط می‌شود و فیبرهای حسگر بلندتر برای بهبود حساسیت سیستم مفید هستند.
۲. تداخل‌سنج: این «بهترین سلاح» برای تشخیص تغییرات فاز کوچک است. شدت نور خروجی با اختلاف فاز رابطه کسینوسی دارد. با تثبیت بایاس فاز استاتیک φ₀ در نقطه کار متعامد ((m+1/2) π)، سیستم می‌تواند به بالاترین حساسیت تشخیص دست یابد.
۳. پارامترهای کلیدی منبع نور که بر عملکرد سیستم تأثیر می‌گذارند: این مقاله بر تجزیه و تحلیل محدودیت‌های عملکرد لیزر در دستیابی به وضوح فاز بالا (با هدف ≤ ۱ میکروراد) تمرکز دارد.
4. لیزرنویز فرکانسی و پهنای خط: نویز فرکانسی لیزر می‌تواند باعث نویز فاز تداخلی شود و در نتیجه قابلیت مشاهده فریزهای تداخلی را کاهش دهد. برای یک تداخل‌سنج با اختلاف مسیر نوری حدود ۱ متر، برای دستیابی به وضوح فاز ۱ میکرورادیان، پهنای خط لیزر باید کمتر از حدود ۳۰ هرتز باشد. این یک الزام بسیار بالا برای پایداری فرکانسی است.منبع نور.
۵. نویز شدت لیزر: نویز شدت نسبی (RIN) لیزر مستقیماً به خطای فاز سیگنال تداخل تبدیل می‌شود. برای دستیابی به وضوح فاز ۱ میکرورادیان در توان نور آشکارسازی معمول (حدود ۱۰۰ میکرووات)، RIN لیزر باید به کمتر از ۱۲۰- دسی‌بل کاهش یابد. این یک الزام بسیار بالا برای پایداری شدت منبع نور است.

به طور خلاصه، با تجزیه و تحلیل سیستم هیدروفون فیبر نوری، الزامات سختگیرانه برای منبع نور هسته - لیزر نیمه‌هادی تک فرکانس - از نظر پهنای خط بسیار باریک (پایداری فرکانس بالا) و نویز با شدت بسیار کم در اندازه‌گیری دقیق بر اساس اصل تداخل، شرح داده شده و چالش‌های تثبیت فرکانس لیزر که در کاربردهای سیستم در مقیاس بزرگ با آن مواجه هستند، ارائه شده است.