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窄线宽激光器--光纤声纳技术最佳之选

2008-08-30 09:27
潇纵
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    作者:葛 强     光域激光有限公司


    摘要:光域激光主要提供世界顶尖级的高功率单频光纤激光器,普通工作波长为1550nm,不带放大器直接输出功率高于100mW,光谱外差线宽可达1-3kHz.该光纤激光器拥有超过100公里的相干距离,特别合适基于光纤平台的长距离相干声音探测系统。

 

1.水下声音传感


    微波和激光在水下传播时候会严重衰减和散射,但水确实是一个十分理想的声音传播介质。水下声音可以迅速而有效地传播很长距离,许多海洋动物都适应了使用声音作为一个利用工具。声纳/SONAR这个单词就是由声音导航和定位/Sound Navigation And Ranging头一个字母组成而来。主动声纳可以发和收信号,而换能器起到把电信号转换成声音的作用。当换能器放射出声波时,它便会一直传播到远处直到它撞击到一个物体而变成一个漫反射。声波的漫反射其中一部分会回传到声纳,到达声纳的接收器。这个接收器就是我们常说的水听器,它本质上相当于一个水下麦克风。目前全世界范围内使用典型声纳系统都是基于压电陶瓷水听器、直流驱动信号调整和数据遥测技术。被动声纳只是接收水下的声音,不能自己发射声波。对长距离的水下探测,一般都只能采用低频声纳。但是,为应对对探测系统的任何干扰威胁,被动声纳都要对水听器的敏感度和整个系统的噪声有着最为苛刻的要求。


 
    相比压电陶瓷和其他电机技术的传感器,光学光纤传感器有着明显的优势:高灵敏度、更大的动态探测范围、更高的可靠性(无需水下电子、抗电磁干扰)、更好的的物理特性(少100折重量和更薄的缆线)以及更低的成本。光学光纤传感器的多路拓扑结构已经开发出来并应用在拖曳阵列、船身阵列和船底阵列等诸多领域。

 

2、光纤水听器


    光纤水听器经过几十年的研究目前发展得十分好。一个普通的光纤水听器其实就是一根紧紧缠绕在顺从心轴上的多圈光纤(长度一般是10-200米)。声波对光纤施加的压力将会在心轴内产生一个尺寸的变化,它将会改变光纤的长度从而调制在光纤内传播通过的光信号的相位。这个相位的调制可以通过放在干涉仪内的水听器探测到,并能够测量出变化的振幅调制量。过去几年中,美国海军已经为电力被动水下声音传感系统从事开发光学光纤水听器。光纤水听器有着绝对的低噪声、高敏感度、宽带和动态探测范围等特点,并且已经在主动和被动声纳应用得到了使用。它们的敏感度能够接近安静海洋环境下的底层噪声。当安装在美国圣地亚哥海湾海底时,光纤水听器能够探测到在使用开路呼吸系统的潜水员。


    另外,一个更为简单的光纤水听器解决方法已经迎来了一个全新的发展。光纤带有涂层的换能器直接利用顺从涂层应用到光纤上来提高反应度。这是最简单和可能最低成本的解决方案,换能器设计无需额外的器件,同时涂层又能够从光纤上挤压出去。过去25年来,带有涂层的光纤换能器被不断反复研究,但进展甚微,直到最近几年以来才有突破性的进展。吸气聚合物涂层与以前带有涂层的光纤换能器相比,它能提高40db的敏感度。这些光纤传感器是分布式传感方案的理想选择之一,是一门十分独特的光纤传感技术。

 

3、Optizone低噪声光纤激光器


 
    水听器的敏感度通常上讲是可以定制的,而且系统可以为之改变设计,因为它只会受到散粒噪声的限制。在所有的干涉测量系统中,激光器的相位噪声是其主要的噪声来源,它来源于激光器内部的频率噪声,然后在传感或探测干涉仪中转变成为相位噪声。因此,相位噪声的敏感度对激光器选型变得十分重要!噪声最低的激光器之一便是Lightwave Electronics公司生产的Nd:YAG环行激光器,许多干涉测量法的光纤传感实验中第一台模拟机都采用了这种激光器。该激光器的工作波长一般为1319nm,输出功率几百mW。虽然该款激光器相位噪声十分不错,但可惜它的波长不能和通信带宽的EDFA(光纤放大器)和WDM技术相兼容。因此,这种激光器不合适新式传感探测系统结构要求。同时,Nd:YAG激光器被证明是几乎无法实现1550nm激光波长的。


    在最近过去的几年中,一种光谱线宽只有几个Khz的掺铒光纤激光器被研制出来并得到了迅猛发展,并掀起了高灵敏度光纤传感技术的改革浪潮。这种新颖的光纤激光器频率噪声比目前世界上最好的半导体DFB激光器还要低10-20dB,而和Nd:YAG NPRO激光器的噪声指数旗鼓相当。因此可以降低激光器的频率噪声,哪怕是通过对参考臂干涉仪进行相位锁定,同时作为我们产品开发的一部分,我们已经研制出了十分稳定可靠的锁定电路。


    这种新颖的激光器尤其是在低频声波需要探测的使用环境下价值尤其突出,比如说在主动声纳中对地球物理石油和天然气的开采探测中。

 

关于深圳光域激光


    光域激光有限公司,是一家以港资为背景的激光专业技术企业。公司以激光技术为基础在精密材料加工、光纤通信和传感以及科学研究等领域从事技术开发和市场营销,为世界上十多家激光专业技术公司在大中华地区负责产品推广、应用技术支持和市场拓展。公司的发展目标是在未来的3年内成为大中华地区最专业和最权威的激光技术供应商。


    国际化的人文管理,本土化的贴心服务。公司的管理层大多来自新加坡、台湾和香港等地区,确保了公司管理的正规化和先进性;我们优秀的销售和维修团队多拥有近10年的本土专业经验,他们将是您激光解决方案的倾听者和建议者。 “激光使之可能”,我们新颖而独特的产品主要有: 高功率光纤激光器、 窄线宽光纤激光器、 超快光纤激光器、 高功率光纤放大器、紫外激光器、 Co2激光器和三维激光切割系统等等。(小曾)

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