Anvendelse af enkeltfrekvens halvlederlaser til præcis måling af lysbølgeinterferens

Anvendelse afEnkeltfrekvens halvlederlaseri præcis måling af lysbølgeinterferens
Anvendelsen af ​​enkeltfrekvenshalvlederlaserInden for præcisionsmålingsfelter som fiberoptiske hydrofoner og jordlytteinterferometre diskuteres, og den vigtigste indflydelse af laserydelse på interferometersystemers ydeevne analyseres i dybden.

Kernestruktur og systemets funktionsprincip: Det fiberoptiske hydrofonsystem består hovedsageligt af et sensorhoved og et interferometer (med MZ-interferometeret som eksempel). Grundprincippet er, at lydsignalet (lydtrykket Δp) virker på sensorhovedet og forårsager ændringer i længden og brydningsindekset for den sensorfiber, der er viklet omkring den hule cylinder, hvorved der opstår ændringer i den optiske bane. Denne lille ændring i den optiske bane (dvs. faseændring) detekteres med høj følsomhed af et interferometer.

1. Sensorhoved: Dets kernefunktion er at omdanne lydvibrationer til ændringer i interferometerets optiske bane. Følsomhedskoefficienten s er relateret til faktorer som fiberlængde L, og længere sensorfibre er gavnlige for at forbedre systemets følsomhed.
2. Interferometer: Det er det "bedste våben" til at detektere små faseændringer. Udgangslysintensiteten har et cosinusforhold til faseforskellen. Ved at stabilisere den statiske faseforspænding φ₀ ved det ortogonale driftspunkt ((m+1/2)π) kan systemet opnå den højeste detektionsfølsomhed.
3. Vigtige lyskildeparametre, der påvirker systemets ydeevne: Artiklen fokuserer på at analysere begrænsningerne af laserens ydeevne i forhold til at opnå høj faseopløsning (med et mål på ≤ 1 μ rad).
4. LaserFrekvensstøj og linjebredde: Laserens frekvensstøj kan forårsage interferensfasestøj, hvilket reducerer synligheden af ​​interferensfranser. For et interferometer med en optisk vejforskel på ca. 1 meter skal laserens linjebredde være mindre end ca. 30 Hz for at opnå en faseopløsning på 1 μ rad. Dette er et meget højt krav til frekvensstabiliteten aflyskilde.
5. Laserstøjintensitet: Laserens relative intensitetsstøj (RIN) vil blive direkte konverteret til fasefejl i interferenssignalet. For at opnå en faseopløsning på 1 μ rad ved en typisk detektionslyseffekt (~100 μ W) skal laserens RIN reduceres til under -120 dB. Dette er et meget højt krav til stabiliteten af ​​lyskildens intensitet.

Sammenfattende uddybes de strenge krav til kernelyskilden – en enkeltfrekvens halvlederlaser – med hensyn til ekstremt smal linjebredde (højfrekvensstabilitet) og ekstremt lav støjintensitet ved præcisionsmåling baseret på interferensprincippet ved analyse af det fiberoptiske hydrofonsystem, og udfordringerne med laserfrekvensstabilisering i store systemapplikationer præsenteres.