أتمتة وضع قفل في اللاخطية الاستقطاب دوران الألياف الليزر من خلال قياسات الاستقطاب الناتج

الهدف العام من هذا الإجراء هو اكتشاف قفل الوضع الآلي في ليزر ألياف دوران الاستقطاب غير الخطي المعدل مسبقا. يوفر هذا الإجراء طريقة بديلة لإجراء التشغيل الآلي الحالي استنادا إلى محلل طيف التردد اللاسلكي أو محلل الطيف البصري أو مخطط الكشف غير الخطي أو جهاز العد المؤقت. تتمثل مزاياها الرئيسية في أنها غير مكلفة نسبيا ، وسهلة التنفيذ ولا تتطلب سوى جزء صغير من إخراج الليزر ليتم استغلالها للمراقبة.

توضح هذه الرسوم المتحركة مفهوم قفل الوضع بناء على دوران الاستقطاب غير الخطي. يتم استقطاب الإشارة بواسطة المستقطب ثم تحويلها إلى حالة استقطاب بيضاوي بواسطة وحدة التحكم في الاستقطاب. يفرض اللاخطية الحالية في ألياف التجويف دوران هذا القطع الناقص ، وهو ما يتناسب مع القوة اللحظية للإشارة.

وبالتالي فإن الإرسال عند المستقطب النهائي سيفضل نقل أجزاء عالية الطاقة من الإشارة ، مما يؤدي إلى تكوين نبضة. من خلال وضع محلل الاستقطاب قبل المستقطب النهائي مباشرة ، يمكن اكتشاف نبضة في التجويف عن طريق التمييز بين حالات الاستقطاب. يمكن تحقيق ذلك لأن النبضة ستخضع لدوران استقطاب غير خطي أكبر من إشارة الموجة المستمرة أثناء رحلة ذهابا وإيابا في التجويف.

تتمثل الخطوة الأولى في إعداد نظام ألياف الليزر على منصة مستقرة. للبدء ، قم بإعداد تجويف حلقة الليزر في قلب هذه التجربة على مقعد بصري. يوفر هذا التخطيطي نظرة عامة على التوجيه.

ينتشر الضوء في اتجاه عقارب الساعة. لفهم الإعداد، ابدأ بمستقطب. يتم استخدام مستقطب ضفيرة من الألياف.

إنه عبارة عن انصهار مقسم بقسم من الألياف المطلية بالبوليميد يتم إدخاله في وحدة تحكم حالة الاستقطاب من نوع yow الآلية بالكامل. وجود هذا المكون ضروري لإجراء الأتمتة. بعد وحدة التحكم في الاستقطاب ، ضع مضاعف تقسيم الطول الموجي 980/1550 نانومتر يتم ضخه بواسطة صمام ثنائي ليزر 976 نانومتر.

ثم مرر الضوء عبر ألياف ضوئية أحادية الوضع مخبعة بالإربيوم وهي وسيط الكسب. تتوهج الألياف المخدرة بالإربيوم باللون الأخضر عند ضخها كما هو موضح هنا. الألياف المشبعة بالإربيوم عبارة عن انصهار مقسمة بمضاعف تقسيم الطول الموجي الهجين 980/1550 نانومتر وعازل 1550 نانومتر.

يتم ضخه بواسطة صمام ثنائي ليزر ثان. العنصر الأخير في حلقة التجويف هو مقرنة إخراج 50-50 يجب وضعها قبل المستقطب مباشرة. يعد موضع مقرنة إخراج التجويف أمرا مهما حقا لأن محلل الاستقطاب سيتلقى مدخلاته من هذا المقرنة.

يجب أن يكون موجودا قبل المستقطب مباشرة من أجل تعظيم تأثير دوران الاستقطاب غير الخطي. ينتقل الإخراج من التجويف إلى مقسم 99: 1 مع 99٪ يذهب إلى الإخراج القابل للاستخدام. يمر 1٪ من خلال وحدة تحكم الاستقطاب اليدوية ويوفر ملاحظات لقفل الوضع الآلي.

الخطوة التالية هي توصيل وحدة التحكم في الاستقطاب الآلية بوحدة تحكم الكمبيوتر. قم أولا بتوصيل وحدة التحكم في استقطاب عصارة الألياف بين التجاويف بوحدة القيادة الخاصة بها. ثم قم بتوصيل وحدة القيادة بمنفذ USB بالكمبيوتر.

ارجع إلى ألياف إخراج الليزر على المقعد وحدد الإخراج بنسبة 99٪. قم بتوصيل الإخراج بنسبة 99٪ بمحلل الطيف البصري باستخدام محول barefit. قم بتشغيل ليزر المضخة وانتقل إلى الكمبيوتر لبدء واجهة الجهاز.

استخدم الواجهة لأمر وحدة التحكم في الاستقطاب بتدوير 3000 خطوة في اتجاه عقارب الساعة. أثناء الدوران ، ستصل وحدة التحكم إلى توقف ميكانيكي. بعد ذلك ، أمر وحدة التحكم في الاستقطاب بتدوير درجة واحدة تقريبا عكس اتجاه عقارب الساعة.

راقب الطيف الموجود على محلل الطيف البصري لتحديد ما إذا كان قد تم الوصول إلى قفل الوضع. تمثل الأطياف الأنظمة شبه المستمرة المقفلة في الوضع وأنظمة Q-switched. بالمقارنة مع الأنظمة شبه المستمرة وأنظمة Q-switched ، فإن الطيف المقفل في الوضع واسع جدا.

قم بتدوير وحدة التحكم في الاستقطاب عكس اتجاه عقارب الساعة بخطوات بدرجة واحدة. عند الوصول إلى قفل الوضع ، قم بإصلاح الزاوية قبل المضي قدما. عند هذه النقطة, استعد للبحث عن عتبات طاقة المضخة.

قلل طاقة المضخة حتى يتم فقد قفل الوضع. ثم قم بزيادة طاقة المضخة إلى أعلى بقليل من عتبة قفل الوضع. راقب طيف قفل الوضع ثم قم بإيقاف تشغيل طاقة الليزر وإعادة تشغيلها لضمان قفل وضع الليزر من تلقاء نفسه.

لتأكيد حالة قفل الوضع ، افصل الألياف عن محلل الطيف. قم بتوصيل الألياف بإعداد الصمام الثنائي للصور السريع لعرض إشارة على راسم الذبذبات. تنتج حالة قفل الوضع إجهادا نبضيا بمعدل تكرار يبلغ حوالي 82 ميغا هرتز.

الخطوة التالية هي الاستعداد لتحليل استقطاب إخراج الليزر. للقيام بذلك ، استخدم محلل الاستقطاب التجاري يسمى أيضا مقياس الاستقطاب وأدخل الألياف من صنبور 1٪. تم تصوير الترتيب النهائي لمعدات التجربة في هذا التخطيطي.

يمكن للكمبيوتر التحكم في محلل الاستقطاب. استخدم الكمبيوتر لوضع وحدة التحكم في الاستقطاب عند التوقف الميكانيكي وإيقاف برنامج مقياس الاستقطاب. في هذه المرحلة ، يعرض محلل الطيف البصري طيفا مغلقا غير وضعي.

في برنامج مقياس الاستقطاب ، ابدأ قياسات الاستقطاب بالنقر فوق زر البدء. قم بخطوة وحدة التحكم في الاستقطاب عكس اتجاه عقارب الساعة بزيادات درجة واحدة. نظرا لاستكشاف نطاق الزوايا المسموح بها بواسطة وحدة التحكم في الاستقطاب بين التجاويف ، راقب حالة الاستقطاب باستخدام برنامج مقياس الاستقطاب.

استمر في استكشاف الزوايا حتى يكون هناك دليل على قفل الوضع. لاحظ أن الاستقطاب يظل بسلاسة شديدة مع الزاوية باستثناء المكان الذي يتم فيه الوصول إلى قفل الوضع. راقب الطيف الموجود على محلل الطيف للتحقق من وضوح توقيع قفل الوضع.

ارجع إلى الكمبيوتر للمتابعة. مرة أخرى ، قم بتدوير وحدة التحكم في الاستقطاب في اتجاه عقارب الساعة حتى لا تتمكن من الدوران. في برنامج مقياس الاستقطاب ، استعد لمراقبة معلمات Stokes كدالة للزاوية.

هنا يتم ترتيبهم من S صفر إلى S ثلاثة من أعلى إلى أسفل. انتقل عبر زوايا وحدة التحكم في الاستقطاب بزيادات بدرجة واحدة أثناء تسجيل وعرض قيم S واحد و S اثنين و S ثلاثة. يمكن ملاحظة أن S واحد يخضع لتباين مفاجئ عند حدوث الانتقال إلى قفل الوضع.

في لغة برمجة رسومية ، اكتب برنامجا نصيا يجد شرط قفل الوضع تلقائيا. يتم إعطاء منطق هذا البرنامج النصي في هذا المخطط الانسيابي. في الأساس ، سيبدأ البرنامج النصي بوحدة التحكم في حالة الاستقطاب عند التوقف الميكانيكي وسيزيد من زاويته بخطوات درجة واحدة أثناء قراءة قيمة S واحد من مقياس الاستقطاب في كل خطوة.

بمجرد أن تزيد قيمة S واحد بأكثر من قيمة العتبات المحددة مسبقا البالغة صفر نقطة ثلاثة في خطوة واحدة ، سيتوقف البرنامج النصي حيث يجب تحقيق قفل الوضع. بعد ذلك ، قم بتشغيل البرنامج النصي. يعرض هذا الإصدار من البرنامج النصي تطور معلمة Stokes S واحد مع زيادة الزاوية.

عندما يبدأ المسح الزاوي ، لا يتم قفل الليزر في الوضع. مع دوران وحدة التحكم في الاستقطاب ، تتطور قيمة S واحد والطيف البصري لليزر. عند انتهاء البرنامج النصي ، يتم تحقيق قفل الوضع كما يراه الطيف البصري الواسع.

الخطوة التالية هي عمل بديل لمقياس الاستقطاب التجاري. استخدم راسم الذبذبات المتصل بالكمبيوتر بواجهة GPIB. بعد ذلك ، وجه الانتباه إلى المكونات البصرية لمقياس الاستقطاب البديل.

يوجد مقسم شعاع مستقطب في المركز محاذاة مع ثلاثة موازاة لمنفذ الألياف البصرية FC-APC. يتم إدخال الضوء في مقسم الشعاع من المنفذ الموجود في الأعلى. يخرج الضوء المستقطب عموديا من النظام من المنفذ الأيمن.

يتم إخراج الضوء المستقطب أفقيا من المنفذ السفلي. يتطلب محلل الاستقطاب أيضا تصنيع دائرتين إلكترونيتين متطابقتين. هنا ، توجد دائرتا مضخم النفقة على نفس اللوحة الساطعة.

في هذا الشكل تخطيط دائرة الدائرة الفردية. أولا ، يكتشف الثنائي الضوئي زرنيخيد الإنديوم الغاليوم إشارة 1550 نانومتر. الصمام الثنائي الضوئي متصل بمكبر للصوت تشغيلي ومقاوم ومكثف.

توصيل خرج الدائرة براسم الذبذبات ويوفر مقياسا لمتوسط الطاقة الضوئية. على المقعد ، ابدأ في توصيل مخرجات مقسم الشعاع بالدوائر. أولا ، قم بتوصيل مخرج واحد بالثنائي الضوئي زرنيخيد الإنديوم الغاليوم.

بعد ذلك ، قم بتوصيل إخراج دائرة مضخم النفقة بقناة أحد راسم الذبذبات. قم بتشغيل راسم الذبذبات ودائرة مضخم النفاذ. افصل ناتج الليزر بنسبة 1٪ من جهاز الاستقطاب التجاري.

قم بتوصيل الإخراج بمنفذ الإدخال لفاصل شعاع الاستقطاب. قم بتشغيل الليزر بطاقة مضخة عشوائية لإرسال إشارة ضوئية 1550 نانومتر. على الكمبيوتر ، قم بتشغيل برنامج نصي لقراءة متوسط الجهد على القناة الأولى من راسم الذبذبات.

ارجع إلى العناصر البصرية لمحلل الاستقطاب. افصل إخراج مقسم الشعاع المستقطب من الصمام الثنائي الضوئي. بدلا من ذلك ، قم بتوصيل خرج مقسم الشعاع بمقياس طاقة تجاري.

قراءة وتسجيل الطاقة الضوئية لقوة المضخة هذه. استمر بتغيير قوة الإشارة الضوئية للإدخال ثم قياس متوسط الجهد والطاقة الضوئية. بعد عدة قياسات ، يجب أن تكون مخططات الجهد مقابل الطاقة خطية.

حدد معاملات هذه العلاقة الخطية. اتبع نفس الإجراء مع الإخراج الثاني لجهاز تقسيم الحزمة للوصول إلى إعداد محلل الاستقطاب النهائي. يتم توصيل كل من مخرجات الاستقطاب الرأسي والأفقي بدوائر مكبر الصوت.

تحتوي كل دائرة على قناة راسم الذبذبات المخصصة ، والتي يقرأها الكمبيوتر. الآن قم بدمج محلل الاستقطاب الجديد في عملية قفل الوضع الآلي. افتح البرامج النصية المكتوبة للبحث عن الانقطاع في ظاهرة Stokes S واحد كدالة لزاوية وحدة التحكم في الاستقطاب.

لتعديله لا يتطلب سوى تغيير في تحديد S واحد من الجهاز. بالنسبة لهذا المحلل، احسب S واحد باستخدام هذه الصيغة. تم العثور على قيم الطاقة PX و PY من العلاقة الخطية المقاسة بين الجهد والطاقة لكل استقطاب.

عند الانتهاء ، ابدأ البرنامج النصي. يعرض هذا الإصدار من البرنامج النصي تطور معلمة Stokes S واحد مع زيادة الزاوية. عندما يبدأ المسح الزاوي ، لا يتم قفل الليزر في الوضع.

مع دوران وحدة التحكم في الاستقطاب ، تتطور قيمة S واحد والطيف البصري لليزر. عند انتهاء البرنامج النصي ، يتم تحقيق قفل الوضع كما يراه الطيف البصري الواسع. هذه مخططة نموذجية لمعلمة Stokes S واحد مقابل زاوية وحدة التحكم في حالة الاستقطاب الآلية.

يتم حساب S واحد باستخدام قيم الطاقة المقاسة من محلل الاستقطاب غير التجاري. يحدث تغيير مفاجئ عندما يصل الليزر إلى حالة قفل الوضع. يمكن للبرنامج النصي التلقائي المكتوب لإيقاف تغيير زاوية وحدة التحكم في الاستقطاب عند الانقطاع العثور على قفل الوضع في غضون بضع دقائق.

يمكن أن يجد الإجراء قفل الوضع في غضون بضع دقائق. لا يؤثر تنفيذه على تصميم تجويف الليزر ويتطلب مراقبة 1٪ فقط من إشارة الخرج ، مما يترك 99٪ للتطبيقات المقصودة. لكي يقوم الإجراء بتنفيذ معلمات الليزر ، مثل قوة النتوء والانكسار الثنائي لوحدة التحكم في الاستقطاب ، يجب ضبطها مسبقا بشكل صحيح لتجنب أنظمة التشغيل غير المرغوب فيها مثل النبضات المتعددة أو النبضات الشبيهة بالضوضاء.

ستكون هناك حاجة إلى عمل إضافي لدراسة قابلية تطبيق هذا الإجراء على تصميمات الليزر المختلفة وأطوال موجات التشغيل. نعتقد أنه يمكن استخدام هذا الإجراء في أنظمة ألياف الليزر التجارية حيث يتوقع المرء أن يحدث قفل الوضع تلقائيا عند بدء التشغيل.