광섬유 감지를 위한 레이저 소스 기술 (2부)
2.2 단일 파장 스윕레이저 소스
레이저 단일 파장 스윕 구현은 본질적으로 장치의 물리적 특성을 제어하는 데 있습니다.원자 램프공진기(일반적으로 동작 대역폭의 중심 파장)를 조절하여 공진기 내에서 발진하는 종방향 모드를 제어 및 선택함으로써 출력 파장을 튜닝하는 목적을 달성합니다. 이러한 원리를 바탕으로 1980년대 초, 레이저의 반사면을 반사형 회절 격자로 교체하고 회절 격자를 수동으로 회전 및 튜닝하여 레이저 공진기 모드를 선택하는 방식으로 튜닝 가능한 광섬유 레이저가 구현되었습니다. 2011년 Zhu 등은 튜닝 필터를 사용하여 좁은 선폭을 가진 단일 파장 튜닝 레이저 출력을 구현했습니다. 2016년에는 Rayleigh 선폭 압축 메커니즘을 이중 파장 압축에 적용하여 FBG에 응력을 가함으로써 이중 파장 레이저 튜닝을 구현하고 동시에 출력 레이저 선폭을 모니터링하여 약 700Hz의 선폭을 가진 3nm의 파장 튜닝 범위의 안정적인 이중 파장 출력을 얻었습니다. 2017년 Zhu 등은 그래핀과 마이크로-나노 섬유 브래그 격자를 사용하여 전광 튜너블 필터를 제작하고, 브릴루인 레이저 협대역화 기술과 결합하여 1550nm 부근에서 그래핀의 광열 효과를 이용하여 750Hz만큼 낮은 레이저 선폭과 3.67nm 파장 범위에서 700MHz/ms의 광제어 고속 및 정밀 스캐닝을 구현했습니다(그림 5 참조). 위의 파장 제어 방법은 레이저 공진기 내 소자의 통과 대역 중심 파장을 직간접적으로 변경함으로써 레이저 모드 선택을 실현하는 것입니다.
그림 5 (a) 광학적으로 제어 가능한 파장의 실험 장치 구성조절 가능한 광섬유 레이저그리고 측정 시스템;
(b) 제어 펌프의 증폭에 따른 출력 2에서의 출력 스펙트럼
2.3 백색 레이저 광원
백색 광원의 개발은 할로겐 텅스텐 램프, 중수소 램프 등 다양한 단계를 거쳐왔습니다.반도체 레이저초연속광원. 특히, 초고출력의 펨토초 또는 피코초 펄스로 여기된 초연속광원은 도파관 내에서 다양한 차수의 비선형 효과를 발생시켜 스펙트럼을 크게 확장합니다. 이 스펙트럼은 가시광선에서 근적외선에 이르는 넓은 대역을 커버할 수 있으며, 강한 결맞음을 나타냅니다. 또한, 특수 광섬유의 분산 및 비선형성을 조절함으로써 스펙트럼을 중적외선 대역까지 확장할 수 있습니다. 이러한 레이저 광원은 광간섭단층촬영, 가스 검출, 생체영상 등 다양한 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 초기에는 광원 및 비선형 매질의 한계로 인해 주로 고체 레이저를 광학 유리에 펌핑하여 가시광선 영역의 초연속 스펙트럼을 생성했습니다. 이후 광섬유는 큰 비선형 계수와 작은 전송 모드 필드 덕분에 광대역 초연속 스펙트럼을 생성하는 데 탁월한 매질로 점차 주목받고 있습니다. 주요 비선형 효과에는 4파 혼합, 변조 불안정성, 자기 위상 변조, 교차 위상 변조, 솔리톤 분열, 라만 산란, 솔리톤 자기 주파수 이동 등이 있으며, 각 효과의 비율은 여기 펄스의 펄스 폭과 광섬유의 분산에 따라 달라집니다. 일반적으로 현재 초연속광원은 주로 레이저 출력 향상과 스펙트럼 범위 확장에 초점을 맞추고 있으며, 결맞음 제어에 중점을 두고 있습니다.
3. 요약
본 논문은 광섬유 센싱 기술을 지원하는 데 사용되는 레이저 소스, 즉 협대역 레이저, 단일 주파수 가변 레이저 및 광대역 백색 레이저를 요약 및 검토합니다. 광섬유 센싱 분야에서 이러한 레이저의 응용 요구 사항과 개발 현황을 상세히 소개합니다. 요구 사항 및 개발 현황 분석을 통해 광섬유 센싱에 이상적인 레이저 소스는 모든 대역과 모든 시간대에서 초협대역 및 초안정적인 레이저 출력을 구현할 수 있어야 한다는 결론을 도출합니다. 따라서 본 논문에서는 협대역 레이저, 가변 협대역 레이저 및 광대역 이득을 갖는 백색 레이저를 시작으로, 이들의 개발 현황을 분석하여 광섬유 센싱에 이상적인 레이저 소스를 구현하는 효과적인 방법을 모색합니다.
게시 시간: 2023년 11월 21일