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1550nm単一周波数チューナブルファイバーレーザーの応用

2021-09-01

単一周波数ファイバーレーザーは、超狭線幅、調整可能な周波数、超長コヒーレンス長、超低ノイズなどの独自の特性を備えています。マイクロ波レーダーのFMCW技術は、超長距離ターゲットの超高精度コヒーレント検出に使用できます。ファイバーセンシング、LIDAR、レーザーレンジングという市場固有の概念を変更し、レーザーアプリケーションの革命を最後まで実行し続けます。

光ファイバセンシングへの応用：
超狭線幅ファイバーレーザーを分散型ファイバーセンシングシステムに適用して、10 km離れたターゲットを検出、特定、分類することができます。その基本的なアプリケーション原理は、周波数変調連続波技術（FMCW）であり、原子力発電所、石油/ガスパイプライン、軍事基地、国防国境に低コストで完全に分散されたセンサーセキュリティ保護を提供できます。
FMCW技術では、レーザー出力周波数はその中心周波数を中心に絶えず変化し、レーザー光の一部は固定反射率で基準アームに結合されます。ヘテロダインコヒーレント検出システムでは、基準アームが局部発振器として機能します。LO（LO）の役割。センサーとして機能するもう1つの非常に長い光ファイバーです。図2を参照してください。センシングファイバーから反射されたレーザー光は、局部発振器からの基準光と混合されて、光ビート周波数を生成します。経験豊富。センシングファイバの遠隔情報は、スペクトラムアナライザで光電流のうなり周波数を測定することで取得できます。センシングファイバでの分散反射は、最も単純なレイリー後方散乱である可能性があります。このコヒーレント検出技術により、感度が-100dbの信号を簡単に検出できます。
同時に、光電流のビート信号は、反射光信号と局部発振器からの基準光のパワーに比例し、基準光は信号光を増幅する機能も備えているため、このセンシング技術により実現できます。その他の電流どの光ファイバーセンシング技術でも、超長距離動的測定を実現することはできません。圧力、温度、音、振動など、センシングファイバーに干渉する外部要因が反射レーザー光に直接影響し、これらの外部環境の検出を実現します。
ただし、コヒーレントFMCWテクノロジシステムのセットの場合、最も重要な部分は、高い空間精度と広い測定範囲を実現するために、コヒーレンス長の長い光源が必要になることです。光ライブラリ通信は、あなたの考えを考え、さまざまな超狭線ファイバーレーザーをあなたに合わせて調整します。これらのレーザーは、米国の特許技術の恩恵を受けており、周波数は完全に単一であり、コヒーレンス長は数十キロメートルに達する可能性があります。これは、FMCW技術で最も理想的な光源です。光学ライブラリ通信を搭載したファイバーレーザーは、10キロメートル以上の最長検出距離を持っていますが、市場に出回っているDFBレーザーダイオードの検出距離はわずか数百メートルです。このようなレーザーと光検出器は1つだけで超長距離センシング部品の変化を監視できるため、センシングシステムは現在のセキュリティ基準を非常に低コストでアップグレードでき、幅広いアプリケーションで広く使用できます。、長距離国土安全保障および軍事分野。

レーザーポインターと軍事測距：
現在、軍のISR（インテリジェンス、監視、偵察）統合プラットフォームには通常、電気光学イメージングシステムが装備されており、一般に長距離でイメージングし、ロケットや戦車などの小さなターゲットの動きを正確に特定できます。ただし、イメージングシステムの地形精度の影響により、システムは通常、ターゲットの正確な位置をこれらのコマンドプラットフォームに送信して、武器をターゲットに向けることができません。実際、軍隊は常に、ISRシステムの観点から、低コスト、超長距離（数百キロメートル）、および超高精度（1メートル未満）のレーザーターゲットの表示/測距に対する大きな需要を持っていました。。
現在、一般的な商用レーザー距離計の測定距離は10〜20 kmであり、ダイナミックレンジと測定感度によって制限されており、軍用ISRシステムの要件を満たすことができません。現在、ほとんどのレーザー距離計は、パルスレーザーの光学時間領域反射の原理に基づいています。これらは、ターゲットから反射された光パルス信号を直接検出する高速光検出器と単純なアナライザーで構成されています。測定精度は通常1〜10メートルですが、これはレーザーのパルス幅によって制限されます（3〜30 nmの長さのレーザーパルスに対して）。レーザーパルスが短いほど、測定精度が高くなり、レーザー測定の帯域幅も大幅に向上します。これにより、間違いなく検出ノイズが増加し、動的測定距離が短くなります。光電流信号は反射光信号のエネルギーに直線的に比例するため、これらの増強されたノイズは検出信号の感度を制限します。このため、現在の軍用レーザー距離計の最長測定距離はわずか10〜20キロメートルです。
FMCW技術の原理に基づいて、1550nmの超狭線幅ファイバーレーザーは、レーザーターゲット表示および数百キロメートルにわたるレーザー範囲で広く使用できるため、ISRプラットフォームを非常に低コストで構築できます。超長距離レーザー表示/測距のセットは、レーザー、コリメーターと受信機、および信号アナライザーで構成されています。狭い線幅のレーザーの周波数は、線形かつ迅速に変調されます。ターゲットから反射された信号光を測定し、参照光を混合して光電流を生成することにより、遠隔情報を取得できます。 FMCWテクノロジーシステムでは、レーザーの線幅またはコヒーレンス長が測定の距離と感度を決定します。 Optical Library Communicationが提供するファイバーレーザーの線幅は2Khzと低く、世界最高の半導体レーザーの線幅よりも2〜3桁小さくなっています。この重要な機能により、数百キロメートルのレーザー表示と距離測定を実現でき、精度は1メートルから1メートル未満にもなります。
このファイバーレーザーで作られたレーザーインジケーター/測定器は、パルスレーザーに基づく現在のレーザーインジケーター/測定器に比べて、非常に長い動的距離、非常に高い測定感度、人間の目に安全な、小型、軽量、安定してしっかりしていて、取り付けが簡単など。

ドップラーライダー：
一般的に、コヒーレントレーダーシステムにはパルスレーザー光源が必要であり、ドップラーセンシング用のヘテロダインまたはホモダイン信号を生成するには、これらのレーザーも単一周波数で動作する必要があります。しかし、伝統的に、そのようなレーザーは一般に、サブレーザー、メインレーザー、および複雑な回路制御の3つの部分で構成されています。その中で、サブレーザーは高出力パルスレーザー発振器であり、メインレーザーは低出力であるが非常に安定した連続レーザーであり、電子制御部分は主にサブレーザーの単一周波数発振を制御および維持するために使用されます。この従来の単一周波数パルスレーザーは、かさばりすぎ、耐久性と堅牢性の面で大きな課題に直面していることは間違いありません。また、敏感なディスクリート光学部品の頻繁で面倒なキャリブレーションが必要なため、スケールアップできません。同時に、メインレーザーからのシード信号をサブレーザーにスムーズに結合できるようにする必要があります。
単一周波数の全ファイバーQスイッチパルスファイバーレーザーは、超強力でコンパクトなドップラーライダーシステムを満足させることができます。この新しいレーザーは、局部発振器と単独で動作することができ、パルス動作のために周波数ロックすることもでき、局部発振器を介してレーザーを注入するためのシードソースとしても使用できます。反射ドップラー周波数シフトは、参照光と信号光の混合によって生成される光電流をチェックすることで簡単に読み取ることができます。 Optical Library Communicationの連続波ファイバーレーザーは、理想的なシードソースレーザーです。全ファイバーパルスファイバーレーザーとの高い互換性を備えています。すべてのオプトエレクトロニクスデバイスは、フィールドワークに非常に適した小型のライトボックスに統合されています。ファイバーの自然な導波路構造により、ファイバーレーザーは光学的な位置合わせや調整をまったく必要としません。同時に、複雑な非線形周波数変換を介さない限り、現在の結晶固体レーザーは一般に、人間の目に安全な1550nmの波長を直接出力することはできません。これにより、エルビウムドープファイバーレーザーがより魅力的になり、LIDARに最適な光源の1つになります。

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