Ammatillinen tieto

1550 nm:n yksitaajuisen viritettävän kuitulaserin käyttö

2021-09-01
Yksitaajuisilla kuitulasereilla on ainutlaatuisia ominaisuuksia, kuten erittäin kapea viivanleveys, säädettävä taajuus, erittäin pitkä koherenssin pituus ja erittäin pieni kohina. Mikroaaltotutkan FMCW-tekniikkaa voidaan käyttää erittäin tarkkaan ja koherenttiin erittäin pitkän matkan kohteiden havaitsemiseen. Muuta markkinoiden luontaisia ​​kuitutunnistuksen, lidar- ja laseretäisyyden käsitteitä ja jatka lasersovellusten vallankumouksen toteuttamista loppuun asti.

Sovellus optisessa kuidun tunnistuksessa:
Ultra-kapeat viivanleveydet kuitulaserit voidaan soveltaa hajautettujen kuitutunnistusjärjestelmien havaitsemiseen, paikantamiseen ja luokitteluun jopa 10 kilometrin päässä. Sen perussovellusperiaate on taajuusmoduloitu jatkuva aaltotekniikka (FMCW), jolla voidaan tarjota edullinen, täysin hajautettu anturiturvallisuus ydinvoimaloihin, öljy-/kaasuputkiin, sotilastukikohtiin ja kansallisiin puolustusrajoihin.
FMCW-tekniikassa laserin lähtötaajuus muuttuu jatkuvasti keskitaajuutensa ympärillä ja osa laservalosta on kytketty referenssivarteen, jolla on kiinteä heijastavuus. Heterodyneessa koherentissa ilmaisujärjestelmässä referenssivarsi toimii paikallisena värähtelynä. LO:n (LO) rooli. Anturina toimii toinen erittäin pitkä optinen kuitu, katso kuva 2. Tunnuskuidusta heijastuva laservalo sekoitetaan paikallisoskillaattorin vertailuvaloon optisen lyöntitaajuuden tuottamiseksi, joka vastaa sen aikaviiveeroa. kokenut. Anturikuidun etäinformaatio saadaan mittaamalla valovirran lyöntitaajuus spektrianalysaattorilla. Hajautettu heijastus anturikuidusta voi olla yksinkertaisin Rayleighin takaisinsironta. Tämän koherentin tunnistustekniikan avulla signaalit, joiden herkkyys on jopa -100 db, voidaan havaita helposti.
Samaan aikaan, koska valovirran lyöntisignaali on verrannollinen heijastuneen valon signaaliin ja paikallisoskillaattorin vertailuvalon tehoon, ja vertailuvalolla on myös tehtävä signaalivalon vahvistaminen, tämä tunnistustekniikka voi saavuttaa muut nykyiset Millään optisen kuidun tunnistustekniikalla ei voida saavuttaa erittäin pitkän matkan dynaamisia mittauksia. Ulkoiset tekijät, jotka häiritsevät tunnistuskuitua, kuten paine, lämpötila, ääni ja tärinä, vaikuttavat suoraan heijastuneeseen laservaloon, mikä mahdollistaa näiden ulkoisten ympäristöjen havaitsemisen.
Kuitenkin missä tahansa koherentissa FMCW-teknologiajärjestelmässä kriittisin osa on vaatia valonlähde, jolla on pitkä koherenssin pituus, jotta saavutetaan korkea spatiaalinen tarkkuus ja laaja mittausalue. Optinen kirjastoviestintä ajattelee, mitä ajattelet, ja räätälöi sinulle erilaisia ​​erittäin kapeaviivaisia ​​kuitulasereita. Nämä laserit hyötyvät Yhdysvaltojen patentoidusta tekniikasta, taajuus on ehdottoman yksittäinen ja koherenssipituus voi olla kymmeniä kilometrejä, mikä on FMCW-tekniikan ihanteellisin valonlähde. Optisella kirjastoviestinnällä varustetun kuitulaserin tunnistusetäisyys on pisin, yli 10 kilometriä, kun taas markkinoiden DFB-laserdiodien tunnistusetäisyys on vain muutama sata metriä. Koska vain yksi tällainen laser- ja valoilmaisin pystyy tarkkailemaan ultra-pitkän matkan mittausosien muutoksia, anturijärjestelmä voi päivittää nykyiset turvallisuusstandardit erittäin alhaisella hinnalla, jota voidaan käyttää laajasti monenlaisissa sovelluksissa. , Pitkän matkan kotimaan turvallisuus ja sotilaskentät.

Laserosoitin ja sotilasetäisyys:
Tällä hetkellä armeijan ISR (Intelligence, Surillence, Reconnaissance) integroitu alusta on yleensä varustettu sähkö-optisella kuvantamisjärjestelmällä, joka pystyy yleensä kuvaamaan pitkiä matkoja ja paikantamaan tarkasti pienten kohteiden, kuten kantorakettien ja tankkien liikkeen. Kuvausjärjestelmän maaston tarkkuuden vaikutuksesta järjestelmä ei kuitenkaan yleensä voi lähettää kohteen tarkkaa sijaintia näille komentoalustoille ohjatakseen aseen kohteeseen. Itse asiassa armeijalla on aina ollut valtava kysyntä edullisille, erittäin pitkille etäisyyksille (useita satoja kilometrejä) ja erittäin tarkasti (alle 1 metri) laserkohteen ilmaisulle/etäisyydelle ISR-järjestelmistä. .
Tällä hetkellä yleisen kaupallisen laseretäisyysmittarin mittausetäisyys on 10-20 kilometriä, jota rajoittaa sen dynaaminen kantama ja mittausherkkyys, eikä se täytä sotilaallisen ISR-järjestelmän vaatimuksia. Tällä hetkellä useimmat laseretäisyysmittarit perustuvat pulssilaserien optisen aikatason heijastuksen periaatteeseen. Ne koostuvat nopeista valodetektoreista ja yksinkertaisista analysaattoreista, jotka havaitsevat suoraan kohteesta heijastuvat valopulssisignaalit. Mittaustarkkuus on yleensä 1-10 metriä, jota rajoittaa laserin pulssin leveys (suhteessa 3-30nm:n laserpulssiin). Mitä lyhyempi laserpulssi, sitä suurempi on mittaustarkkuus, ja myös lasermittauksen kaistanleveys paranee huomattavasti. Tämä epäilemättä lisää tunnistuskohinaa ja vähentää siten dynaamista mittausetäisyyttä. Koska valovirtasignaali on lineaarisesti verrannollinen heijastuneen valosignaalin energiaan, nämä lisääntyneet kohinat rajoittavat tunnistussignaalin herkkyyttä. Tästä johtuen nykyisen sotilaslaseretäisyysmittarin pisin mittausetäisyys on vain 10-20 kilometriä.
FMCW-teknologian periaatteeseen perustuen 1550 nm:n ultrakapeaa viivanleveyttä kuitulaseria voidaan käyttää laajasti laserkohteen ilmaisussa ja laseretäisyydellä satojen kilometrien päähän, joten ISR-alusta voidaan rakentaa erittäin alhaisin kustannuksin. Ultra-pitkän matkan laserindikaattori/etäisyys koostuu laserista, kollimaattorista ja vastaanottimesta sekä signaalianalysaattorista. Kapean viivanleveyden laserin taajuus moduloidaan lineaarisesti ja nopeasti. Etätieto voidaan saada mittaamalla kohteesta heijastuva signaalivalo ja sekoittamalla vertailuvaloa valovirran muodostamiseksi. FMCW-teknologiajärjestelmässä laserin viivan leveys tai koherenssin pituus määrää mittauksen etäisyyden ja herkkyyden. Optical Library Communicationin tarjoama kuitulaserviivan leveys on vain 2 khz, mikä on 2-3 suuruusluokkaa pienempi kuin maailman parhaan puolijohdelaserin viivanleveys. Tällä tärkeällä ominaisuudella voidaan saavuttaa satojen kilometrien laserindikointi ja etäisyysmittaus, ja tarkkuus on jopa 1 metri tai jopa alle 1 metri.
Tästä kuitulaserista valmistetulla laserindikaattorilla/mittauslaitteella on monia etuja useimpiin nykyisiin pulssilasereihin perustuviin laserindikaattori-/mittausinstrumentteihin verrattuna, mukaan lukien erittäin pitkä dynaaminen etäisyys, erittäin korkea mittausherkkyys ja ihmissilmäturvallinen, pieni koko, kevyt, vakaa ja tukeva, helppo asentaa jne.

Doppler Lidar:
Yleisesti ottaen koherentit tutkajärjestelmät vaativat pulssilaserin valonlähteitä, ja heterodyne- tai homodyne-signaalien generoimiseksi Doppler-anturia varten näiden lasereiden on myös toimittava yhdellä taajuudella. Perinteisesti tällaiset laserit koostuvat kuitenkin yleensä kolmesta osasta: alilaserista, päälaserista ja monimutkaisesta piiriohjauksesta. Niistä alilaser on suuritehoinen pulssikäyttöinen laseroskillaattori, päälaser on pienitehoinen mutta erittäin vakaa jatkuva laser, ja elektronista ohjausosaa käytetään pääasiassa alilaserin yksitaajuisen värähtelyn ohjaamiseen ja ylläpitämiseen. . Ei ole epäilystäkään siitä, että tämä perinteinen yksitaajuinen pulssilaser on liian iso, ja sillä on suuria haasteita kestävyyden ja kestävyyden suhteen, eikä sitä voida suurentaa, koska se vaatii herkkien erillisten optisten komponenttien toistuvaa ja hankalaa kalibrointia. Samalla on sovitettava yhteen, että päälaserista tuleva siemensignaali voidaan kytkeä sujuvasti alilaseriin.
Yksitaajuinen, kokokuituinen Q-kytketty pulssikuitulaser voi tyydyttää erittäin vahvan ja kompaktin Doppler-lidar-järjestelmän. Tämä uusi laser voi toimia yksin paikallisoskillaattorin kanssa, se voidaan myös taajuuslukittaa pulssikäyttöä varten ja sitä voidaan käyttää myös siemenlähteenä lasereiden ruiskuttamiseen paikallisoskillaattorin kautta. Heijastunut Doppler-taajuusmuutos on helposti luettavissa tarkistamalla vertailuvalon ja signaalivalon sekoituksesta syntyvä valovirta. Optical Library Communicationin jatkuva aaltokuitulaser on ihanteellinen siemenlähdelaser. Se on erittäin yhteensopiva täyskuituisen pulssikuitulaserimme kanssa. Kaikki optoelektroniset laitteet on integroitu pieneen ja kevyeen laatikkoon, joka sopii hyvin kenttätöihin. Kuidun luonnollisen aaltoputkirakenteen ansiosta kuitulaser ei vaadi optista kohdistusta ja säätöä ollenkaan. Samanaikaisesti, ellei monimutkaisen epälineaarisen taajuusmuunnoksen kautta, nykyiset kiteiset solid-state-laserit yleensä pysty suoraan tuottamaan 1550 nm:n aallonpituutta, joka on ihmissilmälle turvallinen. Tämä tekee erbium-seostetuista kuitulasereistamme houkuttelevampia ja siten yksi parhaista valonlähteistä lidarille.