20 марта 2018, в соответствии с Оптического общества Америки, сообщили исследователи впервые в оптическом волокне, оптически захвата и вдохновлять новый высокоскоростной лазерной микро-распространения может быть очень чувствительным лазер на основе сантиметровый частиц по длине волокна Измерение температуры и может обеспечить новый способ точной передачи света в отдаленные и труднодоступные места.
"Это высокие в естественных условиях чрезвычайно легкий микролазер потенциале передачи. Немецкий Институт Макса Планка оптических наук Ричард Zeltner сказал«оптическое волокно вводится через кожу, микролазер может обеспечить подходящую длину волны, свет применяется для точного позиционирования светочувствительные наркотики. эта концепция также может быть применена к устройству лабораторного светло-жидкостному чип, обеспечивающему источник света, имеющему высокое пространственное разрешение для измерения температуры чипа, или различные биологических аналитических метод. «оптический журналом„оптическое общество“(OSA), , под руководством исследователей Филипа St.J. Рассел сообщил, что высокоскоростной микро лазер может быть чувствительной к температуре датчика положения для измерения пространственного разрешения порядка миллиметров. этот пример демонстрирует полезность высокоскоростного микролазер распределенного зондирования аспекта И непрерывные измерения в реальном времени вдоль направления волокна.
Высокая скорость передача основана микролазер шепот режим галереи резонатор, что является ограничением малых частиц и повысить определенные длины волн света. Название происходит от такого явления, т.е. оптической волны вдоль изогнутой внутренней поверхности частиц распространяться, то Подобно звуковым волнам, распространяющимся в шепчущей стене собора Павла, на другой стороне галереи отчетливо слышен прошепченный звук.
«Это первый случай, когда использовалась распределенная чувствительная демонстрация резонатора режима шепчущей галереи», - сказал Зельтнер. «Этот уникальный сенсорный подход открывает множество новых возможностей для распределенных измерений и дистанционной физической оценки производительности с высоким пространственным разрешением. Например, это полезно для температурного зондирования в суровых условиях.
Создание высокоскоростных передающих лазеров
Ключевой частью реализации высокоскоростных передающих микролазеров является особый тип оптического волокна, известный как воздушно-ядерное фотонно-кристаллическое волокно. Как следует из названия, в отличие от традиционного стеклянного твердого стекла основная часть этого волокна пуста. Полая часть Стекло микроструктуры покрытия, микроструктура стекла может ограничивать свет внутри волокна.
«В течение довольно долгого времени наша исследовательская группа разрабатывала необходимую технологию для частиц легкой ловушки в полых фотонно-кристаллических волокнах», - сказал член исследовательской группы Shangran Xie. «В этой новой работе мы можем применить эту технологию. Не только для захвата частицы, но и для создания лазера, способного обнаруживать дальние расстояния в оптическом волокне.
Частица режима шепчущей галереи перемещается по волокну с воздушным сердечником, а V-образная канавка с металлическим вводом выполняет функцию нагрева. Сначала только спрятанный лазерный луч направляется от левого конца волокна к волокну. Спустя примерно 37 секунд второй сдержанный лазер Пучок вводится с правого конца волокна, заставляя частицы прекращать передачу и захват в центре V-образной канавки.
Чтобы добиться высокоскоростной передачи микролазеров, исследователи ввели лазер в заполненный водой полый сердечник для оптического захвата частиц. Подобно материалам, используемым для изготовления обычных лазеров, частицы также содержали среду усиления. Исследователи использовали второй луч. Лазер возбуждает этот вид усиливающей среды, заставляя частицы излучать свет или генерировать. Положение частиц в волокне контролируется оптической силой, создаваемой захватным лазером или внутренним потоком воды в области ядра.
Точное измерение температуры
Чтобы проверить способность новой системы ощущать изменения температуры, исследователи продвинули лазерные частицы вдоль двух областей, нагретых до 22 градусов по Цельсию, выше комнатной температуры. Измеряя сдвиг длины волны лазерного излучения, излучаемого микролазером при прохождении через волокно, Точно обнаруживайте изменения температуры. Изменение температуры, обнаруженное датчиком, составляет менее 3 градусов Цельсия и обеспечивает пространственное разрешение в несколько миллиметров.
«Пространственное разрешение этого распределенного датчика в конечном счете ограничено размером частицы», - сказал Зельтнер. «Это означает, что мы можем достичь пространственного разрешения до нескольких микрон в очень длинном диапазоне измерений с другими типами распределения По сравнению с температурными датчиками это огромное преимущество нашей системы.
Используя лазерную доплеровскую велосиметрию, исследователи определили, что во время эксперимента частицы двигались со скоростью 250 микрометров в секунду. Они говорили, что использование волокна, заполненного воздухом вместо воды, может увеличить скорость продвижения до сантиметров в секунду или даже метров.
Хотя микрочастицы, использованные в эксперименте, вызвали фотообесцвечивание, что вызвало потерю возбуждения примерно через минуту, исследователи заявили, что частицы с различными материалами с коэффициентом усиления могут решить эту проблему. Они также исследуют, можно ли одновременно манипулировать несколькими волокнами внутри волокна. Микро-лазер, и улучшает схему обнаружения положения частиц.
«С ускорением коммерциализации полых фотонно-кристаллических волокон все технологии, необходимые для того, чтобы эта система стала практичным датчиком, уже доступны», - сказал Зельтнер.
 |
|