آپٹیکل فائبر سینسنگ پارٹ ون کیلئے لیزر سورس ٹکنالوجی

لیزر سورس ٹیکنالوجی کے لئےآپٹیکل فائبرسینسنگ پارٹ ون

آپٹیکل فائبر سینسنگ ٹکنالوجی آپٹیکل فائبر ٹکنالوجی اور آپٹیکل فائبر مواصلاتی ٹکنالوجی کے ساتھ تیار کردہ ایک قسم کی سینسنگ ٹکنالوجی ہے ، اور یہ فوٹو الیکٹرک ٹکنالوجی کی سب سے زیادہ فعال شاخوں میں سے ایک بن گئی ہے۔ آپٹیکل فائبر سینسنگ سسٹم بنیادی طور پر لیزر ، ٹرانسمیشن فائبر ، سینسنگ عنصر یا ماڈلن ایریا ، روشنی کا پتہ لگانے اور دیگر حصوں پر مشتمل ہے۔ روشنی کی لہر کی خصوصیات کو بیان کرنے والے پیرامیٹرز میں شدت ، طول موج ، مرحلہ ، پولرائزیشن اسٹیٹ وغیرہ شامل ہیں۔ ان پیرامیٹرز کو آپٹیکل فائبر ٹرانسمیشن میں بیرونی اثرات کے ذریعہ تبدیل کیا جاسکتا ہے۔ مثال کے طور پر ، جب درجہ حرارت ، تناؤ ، دباؤ ، موجودہ ، نقل مکانی ، کمپن ، گردش ، موڑنے اور کیمیائی مقدار آپٹیکل راہ کو متاثر کرتی ہے تو ، یہ پیرامیٹرز اسی طرح تبدیل ہوجاتے ہیں۔ آپٹیکل فائبر سینسنگ اسی جسمانی مقدار کا پتہ لگانے کے لئے ان پیرامیٹرز اور بیرونی عوامل کے مابین تعلقات پر مبنی ہے۔

بہت ساری قسمیں ہیںلیزر ماخذآپٹیکل فائبر سینسنگ سسٹم میں استعمال کیا جاتا ہے ، جسے دو قسموں میں تقسیم کیا جاسکتا ہے: مربوطلیزر ذرائعاور غیر متنازعہ روشنی کے ذرائع ، غیر متنازعہروشنی کے ذرائعبنیادی طور پر تاپدیپت روشنی اور روشنی سے خارج ہونے والے ڈایڈس کو شامل کریں ، اور مربوط روشنی کے ذرائع میں ٹھوس لیزر ، مائع لیزرز ، گیس لیزر شامل ہیں ،سیمیکمڈکٹر لیزراورفائبر لیزر. مندرجہ ذیل بنیادی طور پر اس کے لئے ہےلیزر روشنی کا ماخذحالیہ برسوں میں فائبر سینسنگ کے میدان میں وسیع پیمانے پر استعمال کیا جاتا ہے: تنگ لائن چوڑائی سنگل فریکوئینسی لیزر ، سنگل طول موج جھاڑو فریکوینسی لیزر اور سفید لیزر۔

تنگ لائن وڈتھ کے لئے 1.1 تقاضےلیزر لائٹ ذرائع

آپٹیکل فائبر سینسنگ سسٹم کو لیزر ماخذ سے الگ نہیں کیا جاسکتا ہے ، کیونکہ ماپنے سگنل کیریئر لائٹ لہر ، لیزر لائٹ سورس خود ہی کارکردگی ، جیسے پاور استحکام ، لیزر لائن وڈتھ ، فیز شور اور آپٹیکل فائبر سینسنگ سسٹم کا پتہ لگانے کے فاصلے پر دیگر پیرامیٹرز ، پتہ لگانے کی درستگی ، حساسیت اور شور کی خصوصیات فیصلہ کن کردار ادا کرتی ہیں۔ حالیہ برسوں میں ، طویل فاصلے پر الٹرا ہائی ریزولوشن آپٹیکل فائبر سینسنگ سسٹم کی ترقی کے ساتھ ، اکیڈمیا اور صنعت نے لیزر منیٹورائزیشن کی لائن وڈتھ پرفارمنس کے لئے مزید سخت تقاضوں کو آگے بڑھایا ہے ، بنیادی طور پر: آپٹیکل فریکوینسی ڈومین کی عکاسی (آف ڈی آر) کے ساتھ آپٹیکل فریب دہندگان کی عکاسی کے ساتھ آپٹیکل فریبر کے بیکریٹ ڈٹیکشن ٹکنالوجی کا استعمال آپٹیکل فبروں کے بیکریلگے بکھرے ہوئے اشارے کا تجزیہ کرنے کے لئے کیا جاتا ہے۔ میٹر)۔ اعلی ریزولوشن (ملی میٹر لیول ریزولوشن) اور اعلی حساسیت (-100 ڈی بی ایم تک) کے فوائد تقسیم شدہ آپٹیکل فائبر پیمائش اور سینسنگ ٹکنالوجی میں وسیع اطلاق کے امکانات کے ساتھ ایک ایسی ٹیکنالوجیز بن گئے ہیں۔ OFDR ٹکنالوجی کا بنیادی حصہ آپٹیکل فریکوینسی ٹیوننگ کو حاصل کرنے کے لئے ٹن ایبل لائٹ ماخذ کا استعمال کرنا ہے ، لہذا لیزر ماخذ کی کارکردگی OFDR کا پتہ لگانے کی حد ، حساسیت اور قرارداد جیسے کلیدی عوامل کا تعین کرتی ہے۔ جب عکاسی نقطہ فاصلہ ہم آہنگی کی لمبائی کے قریب ہوتا ہے تو ، بیٹ سگنل کی شدت کو گتانک τ/τC کے ذریعہ تیزی سے کم کیا جائے گا۔ ایک گوسی روشنی کے ماخذ کے ل a ، ایک ورنکرم شکل کے ساتھ ، اس بات کو یقینی بنانے کے لئے کہ بیٹ کی فریکوئنسی 90 than سے زیادہ مرئیت رکھتی ہے ، روشنی کے منبع کی لائن کی چوڑائی اور نظام کو حاصل کرنے والی زیادہ سے زیادہ سینسنگ لمبائی کے مابین تعلقات LMAX ~ 0.04VG/F ہے ، جس کا مطلب ہے کہ 80 کلومیٹر کی لمبائی والے فائبر کے لئے ، روشنی کے ماخذ کی لائن چوڑائی 100 HZ سے کم ہے۔ اس کے علاوہ ، دیگر ایپلی کیشنز کی ترقی نے بھی روشنی کے منبع کی لائن وڈتھ کے لئے اعلی تقاضوں کو آگے بڑھایا۔ مثال کے طور پر ، آپٹیکل فائبر ہائیڈروفون سسٹم میں ، روشنی کے منبع کی لائن وڈتھ سسٹم کے شور کا تعین کرتی ہے اور سسٹم کے کم سے کم پیمائش کا سگنل بھی طے کرتی ہے۔ بریلوین آپٹیکل ٹائم ڈومین ریفلیکٹر (BOTDR) میں ، درجہ حرارت اور تناؤ کی پیمائش کا حل بنیادی طور پر روشنی کے منبع کی لائن وڈتھ کے ذریعہ طے کیا جاتا ہے۔ گونجنے والے فائبر آپٹک گائرو میں ، روشنی کی لہر کی ہم آہنگی کی لمبائی کو روشنی کے منبع کی لائن کی چوڑائی کو کم کرکے بڑھایا جاسکتا ہے ، اس طرح گونجنے والے کی خوبصورتی اور گونج کی گہرائی کو بہتر بناتا ہے ، گونج کی لائن کی چوڑائی کو کم کرتا ہے ، اور فائبر آپٹک جی آر او کی پیمائش کی درستگی کو یقینی بناتا ہے۔

سویپ لیزر ذرائع کے لئے 1.2 تقاضے

سنگل طول موج سویپ لیزر میں لچکدار طول موج کی کارکردگی ہوتی ہے ، ایک سے زیادہ آؤٹ پٹ فکسڈ طول موج لیزرز کو تبدیل کرسکتی ہے ، نظام کی تعمیر کی لاگت کو کم کرسکتی ہے ، آپٹیکل فائبر سینسنگ سسٹم کا ایک ناگزیر حصہ ہے۔ مثال کے طور پر ، ٹریس گیس فائبر سینسنگ میں ، مختلف قسم کی گیسوں میں مختلف گیس جذب کی چوٹی ہوتی ہے۔ جب پیمائش گیس کافی ہو اور اعلی پیمائش کی حساسیت کو حاصل کریں تو روشنی جذب کرنے کی کارکردگی کو یقینی بنانے کے ل ، ، یہ ضروری ہے کہ ٹرانسمیشن لائٹ ماخذ کی طول موج کو گیس کے انو کی جذب چوٹی کے ساتھ سیدھا کیا جائے۔ گیس کی قسم جس کا پتہ لگایا جاسکتا ہے اس کا تعین بنیادی طور پر سینسنگ لائٹ ماخذ کی طول موج سے ہوتا ہے۔ لہذا ، مستحکم براڈ بینڈ ٹیوننگ کی کارکردگی کے ساتھ تنگ لائن وڈتھ لیزرز اس طرح کے سینسنگ سسٹم میں پیمائش کی اعلی لچک رکھتے ہیں۔ مثال کے طور پر ، آپٹیکل فریکوینسی ڈومین کی عکاسی پر مبنی کچھ تقسیم شدہ آپٹیکل فائبر سینسنگ سسٹم میں ، لیزر کو وقتا فوقتا اعلی صحت سے متعلق ہم آہنگی کا پتہ لگانے اور آپٹیکل سگنلوں کی کمی کو حاصل کرنے کے لئے تیزی سے بہہ جانے کی ضرورت ہوتی ہے ، لہذا لیزر ماخذ کی ماڈلن کی شرح نسبتا high اعلی ضروریات ہوتی ہے ، اور عام طور پر ایڈجسٹ لیزر کی جھاڑو کی رفتار 10 پی ایم تک پہنچ جاتی ہے۔ اس کے علاوہ ، طول موج کی ٹیون ایبل تنگ لائن وڈتھ لیزر کو بھی بڑے پیمانے پر لیدر ، لیزر ریموٹ سینسنگ اور اعلی ریزولوشن ورنکرم تجزیہ اور دیگر سینسنگ فیلڈز میں استعمال کیا جاسکتا ہے۔ فائبر سینسنگ کے میدان میں ٹننگ بینڈوتھ کے اعلی کارکردگی کے پیرامیٹرز کی ضروریات کو پورا کرنے ، ٹننگ کی درستگی اور سنگل طول موج کے لیزرز کی تیز رفتار کی رفتار کو پورا کرنے کے لئے ، حالیہ برسوں میں ٹیون ایبل تنگ چوڑائی فائبر لیزرز کا مطالعہ کرنے کا مجموعی مقصد الٹرا نیرس الٹرا لیمن کی لمبائی کو حاصل کرنا ہے جس میں الٹرا لیسٹر کی لمبائی کا حصول الٹرا الٹرا لیمن کی لمبائی ہے جس کی بنیاد پر الٹرا لیسر کی لمبائی ہے۔ انتہائی مستحکم آؤٹ پٹ فریکوئنسی اور طاقت۔

1.3 سفید لیزر روشنی کے ماخذ کے لئے مطالبہ

آپٹیکل سینسنگ کے میدان میں ، نظام کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لئے اعلی معیار کی سفید روشنی لیزر بہت اہمیت کا حامل ہے۔ وائٹ لائٹ لیزر کی اسپیکٹرم کوریج وسیع تر ، آپٹیکل فائبر سینسنگ سسٹم میں اس کی درخواست زیادہ وسیع ہے۔ مثال کے طور پر ، جب سینسر نیٹ ورک کی تعمیر کے لئے فائبر بریگ گریٹنگ (ایف بی جی) کا استعمال کرتے ہو تو ، ڈیموڈولیشن کے لئے سپیکٹرل تجزیہ یا ٹن ایبل فلٹر مماثل طریقہ استعمال کیا جاسکتا ہے۔ سابقہ ​​نے نیٹ ورک میں ہر ایف بی جی گونج طول موج کو براہ راست جانچنے کے لئے ایک اسپیکٹومیٹر کا استعمال کیا۔ مؤخر الذکر سینسنگ میں ایف بی جی کو ٹریک اور کیلیبریٹ کرنے کے لئے ایک ریفرنس فلٹر کا استعمال کرتا ہے ، ان دونوں کو ایف بی جی کے لئے ٹیسٹ لائٹ ماخذ کے طور پر براڈ بینڈ لائٹ ماخذ کی ضرورت ہوتی ہے۔ چونکہ ہر ایف بی جی ایکسیس نیٹ ورک میں اندراج کا ایک خاص نقصان ہوگا ، اور اس میں 0.1 این ایم سے زیادہ کی بینڈوتھ ہے ، لہذا ایک سے زیادہ ایف بی جی کے بیک وقت ڈیموڈولیشن کے لئے اعلی طاقت اور اعلی بینڈوتھ کے ساتھ براڈ بینڈ لائٹ ماخذ کی ضرورت ہوتی ہے۔ مثال کے طور پر ، جب سینسنگ کے ل long لانگ پیریڈ فائبر گریٹنگ (ایل پی ایف جی) کا استعمال کرتے ہیں ، چونکہ ایک ہی نقصان کی چوٹی کی بینڈوتھ 10 این ایم کی ترتیب میں ہے ، لہذا اس کی گونج چوٹی کی خصوصیات کو درست طریقے سے نمایاں کرنے کے لئے کافی بینڈوتھ اور نسبتا flat فلیٹ اسپیکٹرم کے ساتھ ایک وسیع اسپیکٹرم لائٹ ماخذ کی ضرورت ہوتی ہے۔ خاص طور پر ، صوتی آپٹیکل اثر کو استعمال کرکے تعمیر کردہ صوتی فائبر گریٹنگ (AIFG) برقی ٹیوننگ کے ذریعہ 1000 ینیم تک گونج طول موج کی ایک ٹیوننگ رینج حاصل کرسکتی ہے۔ لہذا ، اس طرح کے الٹرا وسیع ٹننگ رینج کے ساتھ متحرک گریٹنگ ٹیسٹنگ وسیع اسپیکٹرم روشنی کے ماخذ کی بینڈوتھ رینج کے ل a ایک بہت بڑا چیلنج ہے۔ اسی طرح ، حالیہ برسوں میں ، جھکا ہوا بریگ فائبر گریٹنگ بھی فائبر سینسنگ کے میدان میں وسیع پیمانے پر استعمال ہوتا رہا ہے۔ اس کے کثیر چوٹی نقصان والے اسپیکٹرم خصوصیات کی وجہ سے ، طول موج کی تقسیم کی حد عام طور پر 40 این ایم تک پہنچ سکتی ہے۔ اس کا سینسنگ میکانزم عام طور پر متعدد ٹرانسمیشن چوٹیوں کے مابین رشتہ دار تحریک کا موازنہ کرنا ہے ، لہذا اس کے ٹرانسمیشن اسپیکٹرم کو مکمل طور پر پیمائش کرنا ضروری ہے۔ وسیع اسپیکٹرم لائٹ ماخذ کی بینڈوتھ اور طاقت کو زیادہ ہونا ضروری ہے۔

2. اندرون اور بیرون ملک تحقیق کی حیثیت

2.1 تنگ لائن وڈتھ لیزر لائٹ ماخذ

2.1.1 تنگ لائن وڈتھ سیمیکمڈکٹر تقسیم شدہ آراء لیزر

2006 میں ، کلچ ET رحمہ اللہ تعالی۔ سیمیکمڈکٹر کے میگاہرٹز اسکیل کو کم کیاڈی ایف بی لیزر(تقسیم شدہ آراء لیزر) بجلی کے تاثرات کے طریقہ کار کا استعمال کرتے ہوئے KHz پیمانے پر ؛ 2011 میں ، کیسلر ایٹ ال۔ 40 میگاہرٹز کی الٹرا نارو لائن وڈتھ لیزر آؤٹ پٹ حاصل کرنے کے لئے فعال آراء کنٹرول کے ساتھ مل کر کم درجہ حرارت اور اعلی استحکام سنگل کرسٹل گہا کا استعمال کیا گیا ہے۔ 2013 میں ، پینگ ایٹ ال نے بیرونی فیبری پیروٹ (ایف پی) فیڈ بیک ایڈجسٹمنٹ کے طریقہ کار کا استعمال کرکے 15 کلو ہرٹز کی لائن وڈتھ کے ساتھ سیمیکمڈکٹر لیزر آؤٹ پٹ حاصل کیا۔ بجلی کے آراء کے طریقہ کار نے روشنی کے منبع کی لیزر لائن وڈتھ کو کم کرنے کے لئے بنیادی طور پر تالاب سے چلنے والے ہال کی تعدد استحکام کی رائے کا استعمال کیا۔ 2010 میں ، برنارڈی ایٹ ال۔ تقریبا 1.7 کلو ہرٹز کی لائن چوڑائی کے ساتھ لیزر آؤٹ پٹ حاصل کرنے کے لئے سلیکن آکسائڈ سبسٹریٹ پر 1 سینٹی میٹر ایربیم ڈوپڈ ایلومینا ایف بی جی تیار کیا۔ اسی سال میں ، لیانگ ایٹ ال۔ سیمیکمڈکٹر لیزر لائن چوڑائی کے کمپریشن کے ل high ایک اعلی کیو کی ایکو دیوار گونج کے ذریعہ تشکیل دیئے گئے پسماندہ ریلے بکھرنے کی خود انجیکشن آراء کا استعمال کیا گیا ، جیسا کہ شکل 1 میں دکھایا گیا ہے ، اور آخر کار 160 ہرٹج کی ایک تنگ لائن چوڑائی لیزر آؤٹ پٹ حاصل ہوا۔

انجیر۔ 1 (ا) سیمیکمڈکٹر لیزر لائن وڈتھ کمپریشن کا ڈایاگرام جو خود انجیکشن ریلیگ کو بیرونی وسوسے والی گیلری وضع کے ریزونیٹر کے بکھرنے پر مبنی ہے۔
(b) 8 میگاہرٹز کی لائن وڈتھ کے ساتھ مفت چلانے والے سیمیکمڈکٹر لیزر کا فریکوئینسی اسپیکٹرم۔
(c) لائن وڈتھ کے ساتھ لیزر کا فریکوئینسی سپیکٹرم 160 ہرٹج پر کمپریسڈ
2.1.2 تنگ لائن وڈتھ فائبر لیزر

لکیری گہا فائبر لیزرز کے لئے ، سنگل طول بلد موڈ کی تنگ لائن وڈتھ لیزر آؤٹ پٹ گونج کی لمبائی کو مختصر کرکے اور طول بلد موڈ کے وقفے کو بڑھا کر حاصل کیا جاتا ہے۔ 2004 میں ، اسپیگلبرگ ET رحمہ اللہ تعالی۔ ڈی بی آر مختصر گہا کے طریقہ کار کا استعمال کرکے 2 کلو ہرٹز کی لائن وڈتھ کے ساتھ ایک ہی طول بلد وضع تنگ لائن وڈتھ لیزر آؤٹ پٹ حاصل کیا۔ 2007 میں ، شین وغیرہ۔ بی جی جی شریک ڈوپڈ فوٹوسنسیٹو فائبر پر ایف بی جی لکھنے کے لئے 2 سینٹی میٹر بھاری بھرکم ایربیم ڈوپڈ سلیکن فائبر کا استعمال کیا ، اور اسے ایک فعال فائبر کے ساتھ ملایا تاکہ کمپیکٹ لکیری گہا تشکیل دے سکے ، جس سے اس کی لیزر آؤٹ پٹ لائن کی چوڑائی 1 کلو ہرٹز سے بھی کم ہو۔ 2010 میں ، یانگ ایٹ ال۔ 2 سینٹی میٹر کا استعمال کیا جس میں 2 کلو ہرٹز سے بھی کم لائن کی چوڑائی کے ساتھ ایک ہی طول بلد موڈ لیزر آؤٹ پٹ حاصل کرنے کے لئے ایک تنگ بینڈ ایف بی جی فلٹر کے ساتھ مل کر 2 سینٹی میٹر انتہائی ڈوپڈ مختصر لکیری گہا استعمال کیا گیا ہے۔ 2014 میں ، اس ٹیم نے ایک مختصر لکیری گہا (ورچوئل فولڈ رنگ ریزونیٹر) کا استعمال ایف بی جی-ایف پی فلٹر کے ساتھ کیا تاکہ ایک تنگ لائن کی چوڑائی کے ساتھ لیزر آؤٹ پٹ حاصل کیا جاسکے ، جیسا کہ 2012 میں ، کائ ایٹ ال میں شکل 3 میں دکھایا گیا ہے۔ 114 میگاواٹ سے زیادہ آؤٹ پٹ پاور کے ساتھ پولرائزنگ لیزر آؤٹ پٹ ، 1540.3 ینیم کی مرکزی طول موج ، اور 4.1 کلو ہرٹز کی لائن چوڑائی کے ساتھ پولرائزنگ لیزر آؤٹ پٹ حاصل کرنے کے لئے 1.4 سینٹی میٹر مختصر گہا ڈھانچہ استعمال کیا گیا۔ 2013 میں ، مینگ ایٹ ال۔ 10 میگاواٹ کی آؤٹ پٹ پاور کے ساتھ کم فیز شور لیزر آؤٹ پٹ حاصل کرنے کے لئے ایک مکمل تعصب محفوظ کرنے والے آلے کی ایک مختصر انگوٹھی گہا کے ساتھ ایربیم ڈوپڈ فائبر کا بریلوین بکھرنا استعمال کیا جاتا ہے۔ 2015 میں ، ٹیم نے ایک رنگ گہا استعمال کیا جس میں 45 سینٹی میٹر ایربیم ڈوپڈ فائبر پر مشتمل تھا کیونکہ کم دہلیز اور تنگ لائن وڈتھ لیزر آؤٹ پٹ حاصل کرنے کے لئے بریلوئن بکھرنے والے گین میڈیم کے طور پر۔

تصویر 2 (a) ایس ایل سی فائبر لیزر کی اسکیمیٹک ڈرائنگ ؛
(b) ہیٹروڈین سگنل کی لائن شیپ 97.6 کلومیٹر فائبر میں تاخیر کے ساتھ ماپا جاتا ہے