Волоконно-оптические датчики с низким уровнем сигнала

Однако во втором случае поглощение фотона накачки в состоянии Е2 приводит к переходу в энергетическое состояние Е4. Затем состояние Е подвергается быстрому безызлучательному распаду и переходит снова в состояние Е2. Длина волны накачки и параметры активации оптического волокна подбираются так, чтобы минимизировать поглощения в возбужденном состоянии, поскольку они существенно ухудшают общую эффективность системы.

На рисунке приведены три варианта использования волоконных усилителей, которые могут применяться в волоконных датчиках или линиях связи. В случае, показанном на рисунке, а, коротковолновый лазер накачки используется для возбуждения отрезка активированного оптического волокна, расположенного впереди лазера-передатчика. В такой конфигурации прибор действует как усилитель мощности передатчика. На рисунке, приведена схема, в которой прибор действует как оптический усилитель. Такую схему можно использовать для обеспечения дальней связи или для увеличения длин линий в волоконно-оптических датчиках. Последний вариант усилителя, вероятно, может использоваться в системах в качестве оптического предусилителя перед приемником. Этот прибор может работать близко к квантовому пределу «идеального» усилителя, в перспективе обеспечивая вероятность ошибки для линий связи порядка 10-9 при средней интенсивности потока сигнальных фотонов 38 фотонов на бит. Аналогичные преимущества могут получить волоконно-оптические датчики с низким уровнем сигнала.

image29

Пример волоконного лазера, предназначенного для работы на длине волны 1060 нм, показан на рисунке. Здесь активированное волокно оснащено зеркальными торцами с высокой отражательной способностью на длине волны 1060 нм и в то же время прозрачными для длины волны лазера накачки 795 нм. Волоконные лазеры также можно сконструировать, используя различные схемы интерферометров с волоконными разветвителями вместо зеркал, как показано на рисунке. Эти схемы могут иметь преимущества по сравнению со схемой Фабри-Перо, приведенной на рисунке, поскольку в них отсутствуют зеркала, требующие подсоединения, и для которых существует вероятность повреждения при циркуляции слишком большой оптической мощности.

См. также:  Введение постоянной неподвижной волновой пластины

Для волоконных источников сверхизлучения крайне желательно иметь однопроходную систему без обратного отражения. Этого можно добиться, скашивая под углом концы волокна, как показано на рисунке.

image30

image31

Здесь приведены примеры схем, в которых лазерный диод накачки расположен на одной продольной оси с активированным оптическим волокном. Но возможно также осуществлять накачку волокна сбоку или через двойную оболочку, используя мощные диодные матрицы.