Многолучевая интерферометрия

Еще один недостаток связан с высоким уровнем излучения, создающего обратную связь с оптическим источником вследствие наличия комплементарного выхода. Это чрезвычайно осложняет работу полупроводниковых лазерных диодов-источников и требует надежной оптической изоляции (> 50 дБ).

Дальнейшее увеличение значения Rtot может быть получено только переходом к многолучевой интерферометрии. Существует два образца таких устройств — кольцевой резонатор и интерферометр Фабри-Перо. Интересно проанализировать выигрыш, получаемый от перехода к таким многолучевым интерферометрам. В качестве примера мы рассмотрим схему Фабри-Перо; схема волоконного интерферометра Фабри-Перо. В интерферометре такого типа, благодаря высокому коэффициенту отражения зеркал, свет отражается в резонаторе туда и обратно, многократно увеличивая, таким образом, фазовую задержку. Колебания передаваемой в выходном сигнале мощности в зависимости от сдвига фазы определяются в интерферометре Фабри-Перо

Существуют два серьезных препятствия для использования такого подхода в датчиках на практике: чувствительность к длине когерентности источника и дрожанию частоты и сложная форма передаточной функции. Для интерферометра Фабри-Перо можно показать, что передаточная функция проходит полный цикл при изменениях длины резонатора на А/2. Этого можно добиться изменением входной частоты, так чтобы полный цикл происходил при изменении частоты на dv = c/nkL; эту величину называют областью дисперсии интерферометра. Таким образом, зная добротность, можно вычислить, насколько узкой должна быть линия излучения лазера, чтобы интерферометр Фабри-Перо функционировал без снижения чувствительности. Предположим, что L — 30 м и Ffin = 50; следовательно, dv/Ffin « 70 кГц. Большинство полупроводниковых лазерных диодов имеет ширину линии порядка нескольких десятков МГц; таким образом, требуется источник с намного большей длиной когерентности. Интересно посмотреть, какая величина L могла бы использоваться, если бы источник имел ширину линии, например, равную 20 МГц (также при Ffin = 50); ответ — только 10 см (отметим, что даже такое сочетание снизило бы чувствительность датчика). Следовательно, принимая во внимание увеличение чувствительности интерферометра Фабри-Перо (в ~ F/m)? датчик мог бы иметь эквивалентную длину волокна (по сравнению с интерферометром Маха-Цендера) только менее 5 м, что принципиально меньше длин от 20 до 100 м, используемых в современных датчиках с высокими эксплуатационными характеристиками на основе интерферометра Маха-Цендера. Следовательно, при современных полупроводниковых лазерных диодах использование схемы Фабри-Перо приведет к существенному ухудшению характеристик датчиков. Еще более показательны аналогичные вычисления, принимая во внимание дрожание частоты лазера.

См. также:  Фазочувствительный детектор