大家所熟悉的光纖傳(chuan) 感一般指的布拉格光柵+ASE寬帶光源結構的光時域反射機製,盡管在解調方麵大多依賴國外產(chan) 品,但這種解決(jue) 方案還是得到了相對廣泛的應用,尤其是在橋梁、建築物、馬路和油罐等領域一般都可以滿足中低端的民用需求。
窄線寬單頻光纖激光器的出現為(wei) 我們(men) 打開了光纖傳(chuan) 感的另一扇門,而且其應用價(jia) 值和社會(hui) 意義(yi) 更為(wei) 重大!不同於(yu) 普通光纖傳(chuan) 感應用,該解決(jue) 方案是專(zhuan) 門針對超遠距離、超高精度和超高敏感度市場應用的,主要有:石油勘探、軍(jun) 事國防、管道監控、激光雷達和海底通信等等,是光纖傳(chuan) 感技術發展之最新成就。
本文所介紹的光纖傳(chuan) 感技術起源於(yu) 激光雷達的FMCW原理,采用相幹探測進行檢測,利用光纖本身進行直接傳(chuan) 感,完全可以構建低成本的分布式傳(chuan) 感網絡,具有巨大的經濟效益和現實意義(yi) 。
光纖傳(chuan) 感
受電信、半導體(ti) 和消費電子行業(ye) 的推動,光電技術和光纖技術在20世紀90年代取的了巨大成就。盡管這些行業(ye) 在近幾年遭受很多阻力而陷入低穀,但是其中很多先進技術卻在其它行業(ye) 比如光纖傳(chuan) 感得到了全麵發展,呈現出另一番蓬勃氣象。光纖傳(chuan) 感集成了在光纖技術、激光技術和光電探測等多領域所取得的巨大突破表現出極具活力和發展前途。同時,由於(yu) 各相關(guan) 光電子製造的成熟,它們(men) 的成本也大幅降低,大力推動了光纖傳(chuan) 感的發展。
與(yu) 傳(chuan) 統傳(chuan) 感技術相比,基於(yu) 光纖的傳(chuan) 感器主要有如下幾大優(you) 勢:
(1)重量輕、結構緊湊、易多路複用
(2)抗惡劣環境、抗電磁幹擾、抗化學腐蝕
(3)在傳(chuan) 感點無需用電、可以長距離分布式傳(chuan) 感
(4)可低成本大規模生產(chan)
繼光纖通訊後,光纖傳(chuan) 感迎來了重要的發展契機,在安保、軍(jun) 事、石油/天然氣、電力以及科學研究方麵享有廣泛而巨大的應用價(jia) 值,尤其是在西方發達國家更有燎原之勢,前途不可限量!
單頻光纖傳(chuan) 感技術
然而目前市場上尤其是在中國,布拉格光纖光柵(配備ASE寬帶光源)和基於(yu) 光時域反射的分布式傳(chuan) 感器是應用最為(wei) 廣泛的光纖傳(chuan) 感技術,該技術基本上可以滿足中低端一般市場的需求而被業(ye) 內(nei) 人士所熟知。而現在介紹的光譜線寬窄至2kHz的單頻光纖激光器,及其引申出來的最新一代光傳(chuan) 感技術完全有別於(yu) 我們(men) 現在所樂(le) 道的光纖傳(chuan) 感。這種新的技術方案完全勝任電傳(chuan) 感和一般光纖傳(chuan) 感無法完成的高端市場對超遠距離、超高精度和超高敏感的更高需求,而這在中國尚處於(yu) 立項和預研階段。
采用單頻光纖激光器做光傳(chuan) 感,其光學原理就是光頻時域反射,或稱之為(wei) 頻率調製連續波技術(FMCW)。在該技術裏,從(cong) 眾(zhong) 多傳(chuan) 感頭返回的信號光不再是被時間分割,而頻率。在該全新的光纖傳(chuan) 感係統裏我們(men) 介紹的單頻光纖激光器具有如下鮮明特點:
(1)功率連續輸出、波長線性可調
(2)光譜線寬2kHz、相幹長度100公裏
(3)頻率穩定性10Mhz、相位噪聲比DFB激光器低2個(ge) 數量級
(4)天生的線偏振功能、絕對單橫/縱模
以上卓越的技術特點使得超高性能的光幹涉傳(chuan) 感成為(wei) 可能和現實。基於(yu) FMCW技術的傳(chuan) 感係統可以通過PZT波長調製功能充分利用該種激光器:從(cong) 傳(chuan) 感頭返回的信號光與(yu) 激光本機振器一起混頻,產(chan) 生一個(ge) 拍頻,然後再進行電處理和分析,這就是我們(men) 所說的相幹探測。眾(zhong) 所周知,相幹探測有別與(yu) 直接探測之最大特點就是靈敏度極高和探測距離超遠,它一般可以探測到百億(yi) 分之一微弱的光信號,這是直接探測所不敢想象的。
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