অপটিক্যাল ফাইবার সেন্সিং পার্ট ওয়ান এর জন্য লেজার উত্স প্রযুক্তি

জন্য লেজার উত্স প্রযুক্তিঅপটিকাল ফাইবারসেন্সিং পার্ট ওয়ান

অপটিকাল ফাইবার সেন্সিং প্রযুক্তি হ'ল অপটিকাল ফাইবার প্রযুক্তি এবং অপটিকাল ফাইবার যোগাযোগ প্রযুক্তির পাশাপাশি বিকশিত এক ধরণের সেন্সিং প্রযুক্তি এবং এটি ফটোয়েলেক্ট্রিক প্রযুক্তির অন্যতম সক্রিয় শাখায় পরিণত হয়েছে। অপটিকাল ফাইবার সেন্সিং সিস্টেমটি মূলত লেজার, ট্রান্সমিশন ফাইবার, সেন্সিং উপাদান বা মড্যুলেশন অঞ্চল, হালকা সনাক্তকরণ এবং অন্যান্য অংশ নিয়ে গঠিত। হালকা তরঙ্গের বৈশিষ্ট্যগুলি বর্ণনা করে এমন প্যারামিটারগুলির মধ্যে রয়েছে তীব্রতা, তরঙ্গদৈর্ঘ্য, পর্যায়, মেরুকরণের অবস্থা ইত্যাদি These এই পরামিতিগুলি অপটিকাল ফাইবার সংক্রমণে বাহ্যিক প্রভাব দ্বারা পরিবর্তন করা যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, যখন তাপমাত্রা, স্ট্রেন, চাপ, বর্তমান, স্থানচ্যুতি, কম্পন, ঘূর্ণন, নমন এবং রাসায়নিক পরিমাণ অপটিক্যাল পথকে প্রভাবিত করে, এই পরামিতিগুলি একইভাবে পরিবর্তিত হয়। অপটিকাল ফাইবার সেন্সিং সংশ্লিষ্ট শারীরিক পরিমাণগুলি সনাক্ত করতে এই পরামিতি এবং বাহ্যিক কারণগুলির মধ্যে সম্পর্কের উপর ভিত্তি করে।

অনেক ধরণের আছেলেজার উত্সঅপটিকাল ফাইবার সেন্সিং সিস্টেমে ব্যবহৃত, যা দুটি বিভাগে বিভক্ত হতে পারে: সুসংগতলেজার উত্সএবং অন্তর্নিহিত আলোর উত্স, অসম্পূর্ণহালকা উত্সমূলত ভাস্বর আলো এবং হালকা-নির্গমনকারী ডায়োডগুলি অন্তর্ভুক্ত করুন এবং সুসংগত হালকা উত্সগুলির মধ্যে রয়েছে শক্ত লেজার, তরল লেজার, গ্যাস লেজার,সেমিকন্ডাক্টর লেজারএবংফাইবার লেজার। নিম্নলিখিতটি মূলত এর জন্যলেজার আলোর উত্সসাম্প্রতিক বছরগুলিতে ফাইবার সেন্সিংয়ের ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত: সংকীর্ণ রেখার প্রস্থ একক-ফ্রিকোয়েন্সি লেজার, একক-তরঙ্গদৈর্ঘ্য সুইপ ফ্রিকোয়েন্সি লেজার এবং সাদা লেজার।

সংকীর্ণ লাইনউইথের জন্য 1.1 প্রয়োজনীয়তালেজার হালকা উত্স

অপটিক্যাল ফাইবার সেন্সিং সিস্টেমটি লেজার উত্স থেকে পৃথক করা যায় না, যেমন পরিমাপ করা সিগন্যাল ক্যারিয়ার লাইট ওয়েভ, লেজার লাইট সোর্স নিজেই পারফরম্যান্স, যেমন পাওয়ার স্থিতিশীলতা, লেজার লাইনউইথ, ফেজ শব্দ এবং অন্যান্য পরামিতিগুলির অপটিকাল ফাইবার সেন্সিং সিস্টেম সনাক্তকরণের দূরত্ব, সনাক্তকরণের নির্ভুলতা এবং শব্দের বৈশিষ্ট্যগুলি একটি সিদ্ধান্ত গ্রহণকারী ভূমিকা পালন করে। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, দীর্ঘ-দূরত্বের অতি-উচ্চ রেজোলিউশন অপটিকাল ফাইবার সেন্সিং সিস্টেমগুলির বিকাশের সাথে, একাডেমিয়া এবং শিল্প লেজার মিনিয়েচারাইজেশনের লাইনউইথ পারফরম্যান্সের জন্য আরও কঠোর প্রয়োজনীয়তা রেখেছে, মূলত এটি: অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি ডোমেন রিফ্লেকশন (অফ ডিআর) প্রযুক্তিগুলির সাথে এক হাজার ডোমিনস এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ সনাক্তকরণ প্রযুক্তি ব্যবহার করে, ব্যাকরিলি বিক্ষিপ্ত সংকেতগুলি ব্যবহার করে, ওয়েফরিলি বিক্ষিপ্ত সংকেতগুলি ব্যবহার করে। উচ্চ রেজোলিউশনের সুবিধাগুলি (মিলিমিটার -স্তরের রেজোলিউশন) এবং উচ্চ সংবেদনশীলতা (-100 ডিবিএম পর্যন্ত) বিতরণ করা অপটিক্যাল ফাইবার পরিমাপ এবং সংবেদনশীল প্রযুক্তিতে বিস্তৃত প্রয়োগের সম্ভাবনা সহ অন্যতম প্রযুক্তি হয়ে উঠেছে। ওএফডিআর প্রযুক্তির মূলটি হ'ল অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি টিউনিং অর্জনের জন্য টিউনেবল লাইট উত্স ব্যবহার করা, সুতরাং লেজার উত্সের কার্যকারিতা ওএফডিআর সনাক্তকরণ পরিসীমা, সংবেদনশীলতা এবং রেজোলিউশনের মতো মূল কারণগুলি নির্ধারণ করে। যখন প্রতিচ্ছবি বিন্দু দূরত্বটি সংহতি দৈর্ঘ্যের কাছাকাছি থাকে, তখন বিট সিগন্যালের তীব্রতা সহগ τ/τc দ্বারা তাত্পর্যপূর্ণভাবে তাত্পর্যপূর্ণ হবে। বর্ণালী আকৃতিযুক্ত গাউসিয়ান আলোর উত্সের জন্য, বিট ফ্রিকোয়েন্সিটির 90% এরও বেশি দৃশ্যমানতা রয়েছে তা নিশ্চিত করার জন্য, আলোর উত্সের রেখার প্রস্থের মধ্যে সম্পর্ক এবং সিস্টেমটি সর্বাধিক সংবেদনশীল দৈর্ঘ্যের মধ্যে সম্পর্কটি হ'ল LMAX ~ 0.04VG/F, যার অর্থ 80 কিলোমিটার দৈর্ঘ্যের জন্য, আলোর উত্সের লাইন প্রস্থটি 100 ঘন্টা কম। তদতিরিক্ত, অন্যান্য অ্যাপ্লিকেশনগুলির বিকাশ আলোর উত্সের লাইনউইথের জন্য উচ্চতর প্রয়োজনীয়তাও সামনে রাখে। উদাহরণস্বরূপ, অপটিকাল ফাইবার হাইড্রোফোন সিস্টেমে, আলোর উত্সের লাইনউইথ সিস্টেমের শব্দ নির্ধারণ করে এবং সিস্টেমের ন্যূনতম পরিমাপযোগ্য সংকেতও নির্ধারণ করে। ব্রিলুইন অপটিক্যাল টাইম ডোমেন রিফ্লেক্টর (বিওটিডিআর) এ, তাপমাত্রা এবং চাপের পরিমাপের রেজোলিউশনটি মূলত আলোর উত্সের লাইনউইথ দ্বারা নির্ধারিত হয়। একটি রেজোনেটর ফাইবার অপটিক গাইরোতে, আলোর উত্সের রেখার প্রস্থ হ্রাস করে হালকা তরঙ্গের সংহতি দৈর্ঘ্য বাড়ানো যেতে পারে, যার ফলে রেজোনেটরের সূক্ষ্মতা এবং অনুরণন গভীরতা উন্নত করা, অনুরণকের লাইন প্রস্থকে হ্রাস করে এবং ফাইবার অপ্ট গাইরোর পরিমাপের যথার্থতা নিশ্চিত করে।

সুইপ লেজার উত্সগুলির জন্য 1.2 ​​প্রয়োজনীয়তা

একক তরঙ্গদৈর্ঘ্য সুইপ লেজারের নমনীয় তরঙ্গদৈর্ঘ্য টিউনিং পারফরম্যান্স রয়েছে, একাধিক আউটপুট স্থির তরঙ্গদৈর্ঘ্য লেজারগুলি প্রতিস্থাপন করতে পারে, সিস্টেম নির্মাণের ব্যয় হ্রাস করতে পারে, অপটিক্যাল ফাইবার সেন্সিং সিস্টেমের একটি অপরিহার্য অংশ। উদাহরণস্বরূপ, ট্রেস গ্যাস ফাইবার সেন্সিংয়ে, বিভিন্ন ধরণের গ্যাসের বিভিন্ন গ্যাস শোষণ শৃঙ্গ থাকে। যখন পরিমাপ গ্যাস পর্যাপ্ত থাকে এবং উচ্চতর পরিমাপ সংবেদনশীলতা অর্জন করে তখন হালকা শোষণের দক্ষতা নিশ্চিত করার জন্য, গ্যাসের অণুর শোষণ শিখরের সাথে সংক্রমণ আলোর উত্সের তরঙ্গদৈর্ঘ্যকে সারিবদ্ধ করা প্রয়োজন। যে ধরণের গ্যাস সনাক্ত করা যায় তা মূলত সেন্সিং আলোর উত্সের তরঙ্গদৈর্ঘ্য দ্বারা নির্ধারিত হয়। অতএব, স্থিতিশীল ব্রডব্যান্ড টিউনিং পারফরম্যান্স সহ সংকীর্ণ লাইনউইথ লেজারগুলির এই জাতীয় সেন্সিং সিস্টেমগুলিতে উচ্চতর পরিমাপের নমনীয়তা রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, অপটিক্যাল ফ্রিকোয়েন্সি ডোমেন প্রতিবিম্বের উপর ভিত্তি করে কিছু বিতরণ করা অপটিক্যাল ফাইবার সেন্সিং সিস্টেমগুলিতে, লেজারটি উচ্চ-নির্ভুলতা সুসংগত সনাক্তকরণ এবং অপটিক্যাল সিগন্যালগুলির ডিমোডুলেশন অর্জনের জন্য দ্রুত পর্যায়ক্রমে প্রবাহিত হওয়া দরকার, সুতরাং লেজার উত্সের মড্যুলেশন হারের তুলনামূলকভাবে উচ্চ প্রয়োজনীয়তা রয়েছে, এবং সামঞ্জস্যযোগ্য লেজারের সুইপ গতি সাধারণত 10 পিএমের প্রয়োজন হয়। এছাড়াও, তরঙ্গদৈর্ঘ্য টিউনেবল সংকীর্ণ লাইনউইথ লেজারটি লিডার, লেজার রিমোট সেন্সিং এবং উচ্চ-রেজোলিউশন বর্ণালী বিশ্লেষণ এবং অন্যান্য সেন্সিং ক্ষেত্রগুলিতেও ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হতে পারে। ফাইবার সেন্সিংয়ের ক্ষেত্রে টিউনিং ব্যান্ডউইথ, টিউনিং নির্ভুলতা এবং একক তরঙ্গদৈর্ঘ্য লেজারগুলির টিউনিং গতিগুলির উচ্চতর পারফরম্যান্স পরামিতিগুলির প্রয়োজনীয়তাগুলি পূরণ করার জন্য, সাম্প্রতিক বছরগুলিতে টিউনেবল সংকীর্ণ-প্রস্থের ফাইবার লেজারগুলি অধ্যয়নের সামগ্রিক লক্ষ্য, আল্টো-ন্যারো-কোলেউটিভের ভিত্তিতে উচ্চ-তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিসীমা অর্জন করা, শক্তি।

1.3 সাদা লেজার আলোর উত্স জন্য চাহিদা

অপটিক্যাল সেন্সিংয়ের ক্ষেত্রে, সিস্টেমের কার্যকারিতা উন্নত করার জন্য উচ্চমানের সাদা হালকা লেজারটি তাত্পর্যপূর্ণ। সাদা হালকা লেজারের স্পেকট্রাম কভারেজ বৃহত্তর, অপটিকাল ফাইবার সেন্সিং সিস্টেমে এর প্রয়োগ তত বেশি বিস্তৃত। উদাহরণস্বরূপ, সেন্সর নেটওয়ার্ক তৈরি করতে ফাইবার ব্র্যাগ গ্রেটিং (এফবিজি) ব্যবহার করার সময়, বর্ণালী বিশ্লেষণ বা টিউনেবল ফিল্টার ম্যাচিং পদ্ধতিটি ডিমোডুলেশনের জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে। প্রাক্তন নেটওয়ার্কে প্রতিটি এফবিজি অনুরণিত তরঙ্গদৈর্ঘ্য সরাসরি পরীক্ষা করতে একটি স্পেকট্রোমিটার ব্যবহার করেছিলেন। পরেরটি সেন্সিংয়ে এফবিজি ট্র্যাক এবং ক্যালিব্রেট করতে একটি রেফারেন্স ফিল্টার ব্যবহার করে, উভয়ই এফবিজির জন্য পরীক্ষার আলোর উত্স হিসাবে ব্রডব্যান্ড আলোর উত্সের প্রয়োজন। যেহেতু প্রতিটি এফবিজি অ্যাক্সেস নেটওয়ার্কের একটি নির্দিষ্ট সন্নিবেশ ক্ষতি হবে এবং এটি 0.1 এনএম এরও বেশি ব্যান্ডউইথ রয়েছে, একাধিক এফবিজির একযোগে ডিমোডুলেশনের জন্য উচ্চ শক্তি এবং উচ্চ ব্যান্ডউইথ সহ একটি ব্রডব্যান্ড আলোর উত্স প্রয়োজন। উদাহরণস্বরূপ, যখন সেন্সিংয়ের জন্য লং পিরিয়ড ফাইবার গ্রেটিং (এলপিএফজি) ব্যবহার করা হয়, যেহেতু একক ক্ষতির শিখরের ব্যান্ডউইথটি 10 ​​এনএম এর ক্রমে থাকে, তাই পর্যাপ্ত ব্যান্ডউইথ এবং তুলনামূলকভাবে ফ্ল্যাট বর্ণালী সহ একটি বিস্তৃত বর্ণালী আলোর উত্স তার অনুরণিত শিখর বৈশিষ্ট্যগুলি সঠিকভাবে চিহ্নিত করার জন্য প্রয়োজন। বিশেষত, অ্যাকোস্টিক ফাইবার গ্রেটিং (এআইএফজি) অ্যাকোস্টো-অপটিক্যাল এফেক্টটি ব্যবহার করে নির্মিত হয় বৈদ্যুতিক টিউনিংয়ের মাধ্যমে 1000 এনএম পর্যন্ত অনুরণিত তরঙ্গদৈর্ঘ্যের একটি টিউনিং রেঞ্জ অর্জন করতে পারে। অতএব, এ জাতীয় অতি-প্রশস্ত টিউনিং রেঞ্জের সাথে গতিশীল গ্রেটিং টেস্টিং একটি প্রশস্ত বর্ণালী আলোর উত্সের ব্যান্ডউইথের পরিসীমাটির জন্য একটি দুর্দান্ত চ্যালেঞ্জ তৈরি করে। একইভাবে, সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, টিল্টেড ব্র্যাগ ফাইবার গ্রেটিং ফাইবার সেন্সিংয়ের ক্ষেত্রেও ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে। এর মাল্টি-পিক ক্ষতির বর্ণালী বৈশিষ্ট্যের কারণে, তরঙ্গদৈর্ঘ্য বিতরণ পরিসীমা সাধারণত 40 এনএম পৌঁছতে পারে। এর সেন্সিং প্রক্রিয়াটি সাধারণত একাধিক সংক্রমণ শৃঙ্গগুলির মধ্যে আপেক্ষিক আন্দোলনের তুলনা করা হয়, সুতরাং এটির সংক্রমণ বর্ণালী সম্পূর্ণরূপে পরিমাপ করা প্রয়োজন। প্রশস্ত বর্ণালী আলোর উত্সের ব্যান্ডউইথ এবং পাওয়ার উচ্চতর হওয়া প্রয়োজন।

2। দেশে এবং বিদেশে গবেষণার স্থিতি

2.1 সংকীর্ণ লাইনউইথ লেজার আলোর উত্স

2.1.1 সংকীর্ণ লাইনউইথ সেমিকন্ডাক্টর বিতরণ প্রতিক্রিয়া লেজার

2006 সালে, ক্লিচ এট আল। সেমিকন্ডাক্টরের মেগাহার্টজ স্কেল হ্রাস পেয়েছেডিএফবি লেজারবৈদ্যুতিক প্রতিক্রিয়া পদ্ধতি ব্যবহার করে কেএইচজেড স্কেলে (বিতরণ করা প্রতিক্রিয়া লেজার); ২০১১ সালে, ক্যাসলার এট আল। 40 মেগাহার্টজ এর অতি-ন্যারো লাইনউইথ লেজার আউটপুট পেতে সক্রিয় প্রতিক্রিয়া নিয়ন্ত্রণের সাথে মিলিত কম তাপমাত্রা এবং উচ্চ স্থায়িত্ব একক স্ফটিক গহ্বর ব্যবহৃত; 2013 সালে, পেং এট আল বাহ্যিক ফ্যাব্রি-পারট (এফপি) প্রতিক্রিয়া সামঞ্জস্য করার পদ্ধতিটি ব্যবহার করে 15 কিলাহার্টজ এর লাইনউইথের সাথে একটি সেমিকন্ডাক্টর লেজার আউটপুট পেয়েছিলেন। বৈদ্যুতিক প্রতিক্রিয়া পদ্ধতিটি মূলত আলোর উত্সের লেজার লাইনউইথকে হ্রাস করতে পুকুর-ড্রাইভার-হল ফ্রিকোয়েন্সি স্থিতিশীল প্রতিক্রিয়া ব্যবহার করে। ২০১০ সালে, বার্নহার্দি এট আল। সিলিকন অক্সাইড সাবস্ট্রেটে প্রায় 1.7 কিলাহার্টজ এর লাইন প্রস্থ সহ একটি লেজার আউটপুট পেতে 1 সেন্টিমিটার ইরবিয়াম-ডোপড অ্যালুমিনা এফবিজি উত্পাদন করে। একই বছরে, লিয়াং এট আল। চিত্র 1-এ দেখানো হিসাবে সেমিকন্ডাক্টর লেজার লাইন-প্রস্থের সংকোচনের জন্য একটি উচ্চ-কিউ ইকো ওয়াল রেজোনেটর দ্বারা গঠিত পিছনের রায়লেহ স্কেটারিংয়ের স্ব-ইনজেকশন প্রতিক্রিয়া ব্যবহার করেছেন, এবং অবশেষে 160 হার্জেডের একটি সরু লাইন-প্রস্থের লেজার আউটপুট পেয়েছেন।

ডুমুর।
(খ) 8 মেগাহার্টজ এর লাইনউইথ সহ ফ্রি চলমান সেমিকন্ডাক্টর লেজারের ফ্রিকোয়েন্সি স্পেকট্রাম;
(গ) লাইনউইথের সাথে লেজারের ফ্রিকোয়েন্সি স্পেকট্রাম 160 হার্জেডে সংকুচিত
2.1.2 সরু লাইনউইথ ফাইবার লেজার

লিনিয়ার গহ্বর ফাইবার লেজারগুলির জন্য, একক অনুদৈর্ঘ্য মোডের সংকীর্ণ লাইনউইথ লেজার আউটপুটটি রেজোনেটরের দৈর্ঘ্য সংক্ষিপ্ত করে এবং অনুদৈর্ঘ্য মোডের ব্যবধান বাড়িয়ে প্রাপ্ত হয়। 2004 সালে, স্পিগেলবার্গ এট আল। ডিবিআর শর্ট গহ্বর পদ্ধতি ব্যবহার করে 2 কেএইচজেডের লাইনউইথের সাথে একটি একক অনুদৈর্ঘ্য মোড সংকীর্ণ লাইনউইথ লেজার আউটপুট প্রাপ্ত। 2007 সালে, শেন এট আল। দ্বি-জি-জি সহ-ডোপড ফটোসেন্সিটিভ ফাইবারে এফবিজি লেখার জন্য একটি 2 সেন্টিমিটার ভারীভাবে এরবিয়াম-ডোপড সিলিকন ফাইবার ব্যবহার করেছেন এবং এটি একটি সক্রিয় ফাইবার দিয়ে একটি কমপ্যাক্ট লিনিয়ার গহ্বর গঠনের জন্য মিশ্রিত করে, তার লেজার আউটপুট লাইনের প্রস্থকে 1 কেএইচজেডের চেয়ে কম তৈরি করে। ২০১০ সালে, ইয়াং এট আল। 2 সেমি উচ্চ ডোপড শর্ট লিনিয়ার গহ্বর ব্যবহার করেছেন একটি সংকীর্ণ এফবিজি ফিল্টারটির সাথে মিলিত একটি একক অনুদৈর্ঘ্য মোড লেজার আউটপুট পেতে 2 কেজি হার্জ এর চেয়ে কম লাইন প্রস্থ সহ। ২০১৪ সালে, দলটি একটি সংক্ষিপ্ত লিনিয়ার গহ্বর (ভার্চুয়াল ফোল্ডড রিং রেজোনেটর) ব্যবহার করেছে একটি এফবিজি-এফপি ফিল্টারটির সাথে মিলিত হয়েছে একটি সংকীর্ণ রেখার প্রস্থের সাথে লেজার আউটপুট পেতে, চিত্র 3-এ দেখানো হয়েছে। 2012 সালে, কাই এট আল। 114 মেগাওয়াটের চেয়ে বেশি আউটপুট পাওয়ার সহ একটি পোলারাইজিং লেজার আউটপুট, 1540.3 এনএম এর কেন্দ্রীয় তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং 4.1 কিলাহার্টজ এর একটি লাইন প্রস্থের সাথে একটি পোলারাইজিং লেজার আউটপুট পেতে একটি 1.4 সেমি সংক্ষিপ্ত গহ্বর কাঠামো ব্যবহার করেছে। 2013 সালে, মেং এট আল। একক-দীর্ঘমেয়াদী মোড, 10 মেগাওয়াটের আউটপুট পাওয়ার সহ লো-ফেজ শব্দের লেজার আউটপুট পাওয়ার জন্য একটি পূর্ণ-পক্ষপাত সংরক্ষণকারী ডিভাইসের একটি সংক্ষিপ্ত রিং গহ্বর সহ এরবিয়াম-ডোপড ফাইবারের ব্রিলউইন স্ক্র্যাটারিং ব্যবহৃত হয়েছে। 2015 সালে, দলটি 45 সেন্টিমিটার এরবিয়াম-ডোপড ফাইবারের সমন্বয়ে গঠিত একটি রিং গহ্বর ব্যবহার করেছে হিসাবে ব্রিলুইন স্ক্যাটারিং গেইন মিডিয়াম হিসাবে একটি নিম্ন প্রান্তিক এবং সরু লাইনউইথ লেজার আউটপুট পাওয়ার জন্য।

চিত্র 2 (ক) এসএলসি ফাইবার লেজারের স্কিম্যাটিক অঙ্কন;
(খ) 97.6 কিমি ফাইবার বিলম্বের সাথে পরিমাপ করা হেটেরোডিন সিগন্যালের লাইনশেপ