Aplicación de un láser semiconductor de frecuencia única en la medición precisa de la interferencia de ondas luminosas.

Aplicación deLáser semiconductor de frecuencia únicaen la medición precisa de la interferencia de ondas luminosas
La aplicación de frecuencia únicaláser semiconductorSe analiza el funcionamiento de campos de medición de precisión como los hidrófonos de fibra óptica y los interferómetros de escucha terrestre, y se estudia en profundidad el impacto clave del rendimiento del láser en el rendimiento de los sistemas de interferometría.

Estructura básica y principio de funcionamiento del sistema: El sistema de hidrófono de fibra óptica se compone principalmente de un cabezal sensor y un interferómetro (tomando como ejemplo el interferómetro Mach-Zehnder). El principio básico es que la señal sonora (presión sonora Δp) actúa sobre el cabezal sensor, provocando cambios en la longitud y el índice de refracción de la fibra sensora enrollada alrededor del cilindro hueco, introduciendo así cambios en la trayectoria óptica. Este pequeño cambio en la trayectoria óptica (es decir, el cambio de fase) es detectado con alta sensibilidad por un interferómetro.

1. Cabezal del sensor: Su función principal es convertir las vibraciones sonoras en cambios en la trayectoria óptica del interferómetro. El coeficiente de sensibilidad s está relacionado con factores como la longitud de la fibra L, y las fibras sensoras más largas son beneficiosas para mejorar la sensibilidad del sistema.
2. Interferómetro: Es la herramienta más eficaz para detectar pequeños cambios de fase. La intensidad de la luz de salida guarda una relación cosenoidal con la diferencia de fase. Al estabilizar el sesgo de fase estático φ ₀ en el punto de operación ortogonal ((m+1/2) π), el sistema puede alcanzar la máxima sensibilidad de detección.
3. Parámetros clave de la fuente de luz que afectan el rendimiento del sistema: El artículo se centra en analizar las limitaciones del rendimiento del láser para lograr una alta resolución de fase (con un objetivo de ≤ 1 μ rad).
4. LáserRuido de frecuencia y ancho de línea: El ruido de frecuencia del láser puede causar ruido de fase de interferencia, reduciendo así la visibilidad de las franjas de interferencia. Para un interferómetro con una diferencia de trayectoria óptica de aproximadamente 1 metro, para lograr una resolución de fase de 1 μrad, el ancho de línea del láser debe ser inferior a unos 30 Hz. Este es un requisito muy alto para la estabilidad de frecuencia delfuente de luz.
5. Ruido de intensidad del láser: El ruido de intensidad relativa (RIN) del láser se convierte directamente en un error de fase de la señal de interferencia. Para lograr una resolución de fase de 1 μrad con una potencia de luz de detección típica (~100 μW), el RIN del láser debe reducirse a menos de -120 dB. Este es un requisito muy exigente para la estabilidad de la intensidad de la fuente de luz.

En resumen, mediante el análisis del sistema de hidrófono de fibra óptica, se detallan los estrictos requisitos para la fuente de luz principal (láser semiconductor de frecuencia única) en términos de ancho de línea extremadamente estrecho (alta estabilidad de frecuencia) y ruido de intensidad extremadamente bajo en la medición de precisión basada en el principio de interferencia, y se presentan los desafíos de estabilización de la frecuencia del láser que se presentan en las aplicaciones de sistemas a gran escala.