אוטומציה של מצב נעילה בתוך לייזר סיב סיבוב קוי קיטוב באמצעות מדידות קיטוב פלט

המטרה הכוללת של הליך זה היא לזהות נעילת מצב אוטומטי בלייזר סיבים סיבובי קיטוב לא ליניארי מותאם מראש. הליך זה מספק דרך חלופית להליך אוטומציה קיים המבוסס על מנתח ספקטרום RF, מנתח ספקטרום אופטי, ערכת זיהוי לא ליניארית או מכשיר ספירת הפסקה. היתרונות העיקריים שלו הם שהוא זול יחסית, קל ליישום והוא דורש רק חלק קטן מתפוקת הלייזר לניטור.

אנימציה זו מציגה את הרעיון של נעילת מצב המבוסס על סיבוב קיטוב לא ליניארי. האות מקוטב על ידי המקטב ולאחר מכן הופך למצב קיטוב אליפטי על ידי בקר הקיטוב. האי-ליניאריות הנוכחית בסיבי החלל מאלצת סיבוב של אליפסה זו, שהיא פרופורציונלית לעוצמה המיידית של האות.

שידור במקטב הסופי יעדיף אפוא העברת חלקים בעלי הספק גבוה של האות, מה שיוביל להיווצרות דופק. על ידי מיקום מנתח קיטוב ממש לפני המקטב הסופי, זיהוי דופק בחלל אפשרי על ידי הבחנה בין מצבי קיטוב. זה בר השגה מכיוון שפולס יעבור סיבוב קיטוב לא ליניארי גדול יותר מאשר אות גל רציף במהלך נסיעה הלוך ושוב בחלל.

השלב הראשון הוא הקמת מערכת לייזר סיבים על פלטפורמה יציבה. כדי להתחיל, הגדר את חלל טבעת הלייזר בליבת הניסוי הזה על ספסל אופטי. סכימה זו מספקת סקירה כללית להתמצאות.

האור מתפשט בכיוון השעון. כדי להבין את ההגדרה, התחל עם מקטב. נעשה שימוש במקטב צמה סיבים.

זהו היתוך שחבור עם קטע של סיב מצופה פולימיד המוחדר בבקר מצב קיטוב מסוג yow ממונע לחלוטין. נוכחותו של רכיב זה חיונית להליך האוטומציה. לאחר בקר הקיטוב, הנח מרבב חלוקת אורך גל של 980/1550 ננומטר הנשאב על ידי דיודת לייזר של 976 ננומטר.

לאחר מכן העבירו את האור דרך סיב אופטי מסומם ארביום במצב יחיד שהוא מדיום הרווח. הסיב המסומם בארביום זוהר בירוק כאשר הוא נשאב כפי שמוצג כאן. הסיב המסומם בארביום הוא היתוך עם מרבב חלוקת אורך גל היברידי של 980/1550 ננומטר ומבודד 1550 ננומטר.

הוא נשאב על ידי דיודת לייזר שנייה. האלמנט האחרון בלולאת החלל הוא מצמד פלט 50-50 שיש לשים ממש לפני המקטב. המיקום של מצמד פלט החלל חשוב מאוד מכיוון שמנתח הקיטוב יקבל את הקלט שלו מהמצמד הזה.

עליו להיות ממוקם ממש לפני המקטב על מנת למקסם את ההשפעה של סיבוב קיטוב לא ליניארי. הפלט מחלל עובר למפצל 99:1 עם 99% הולך לתפוקה שמישה. ה-1% עובר דרך בקר קיטוב ידני ומספק משוב לנעילת מצב אוטומטית.

השלב הבא הוא חיבור בקר הקיטוב הממונע לבקר מחשב. ראשית חבר את בקר הקיטוב של מסחטת הסיבים הבין-חלליים למודול הנהיגה שלו. לאחר מכן חבר את מודול הנהיגה ליציאת ה-USB של המחשב.

חזור לסיבי פלט הלייזר על הספסל ובחר את התפוקה של 99%. חבר את פלט ה-99% למנתח ספקטרום אופטי באמצעות מתאם barefit. הפעל את לייזרי המשאבה ועבור למחשב כדי להפעיל את ממשק המכשיר.

השתמש בממשק כדי להורות לבקר הקיטוב לסובב 3000 צעדים בכיוון השעון. בזמן הסיבוב, הבקר יגיע לעצירה מכנית. לאחר מכן, פקדו על בקר הקיטוב לסובב מעלה אחת בערך נגד כיוון השעון.

התבונן בספקטרום במנתח הספקטרום האופטי כדי לקבוע אם הושגה נעילת מצב. הספקטרום מייצג משטרי מעין-רציף נעולים. בהשוואה למשטרי המעין-רציף ומתג Q, הספקטרום הנעול של המצב רחב מאוד.

סובב את בקר הקיטוב נגד כיוון השעון בצעדים של מעלה אחת. כאשר מגיעים לנעילת מצבים, תקן את הזווית לפני שתמשיך הלאה. בשלב זה, התכוננו לחפש את ספי כוח המשאבה.

הפחת את עוצמת המשאבה עד לאובדן נעילת המצב. לאחר מכן הגדל את כוח המשאבה ממש מעל סף נעילת המצב. התבונן בספקטרום נעילת המצבים ולאחר מכן כבה והפעל מחדש את הלייזר כדי להבטיח שמצב הלייזר ננעל מעצמו.

כדי לאשר את מצב נעילת המצב, נתק את הסיב ממנתח הספקטרום. חבר את הסיב למערך דיודת צילום מהיר כדי להציג אות על אוסצילוסקופ. מצב נעילת המצב מייצר מתח דופק עם קצב חזרה של כ-82 מגה-הרץ.

השלב הבא הוא להתכונן לניתוח הקיטוב של פלט הלייזר. לשם כך, השתמש במנתח קיטוב מסחרי הנקרא גם פולרימטר והזן את הסיב מהברז של 1%. הסידור הסופי של הציוד לניסוי מתואר בסכימה זו.

המחשב יכול לשלוט במנתח הקיטוב. השתמש במחשב כדי לשים את בקר הקיטוב בו הוא עצירה מכנית וכדי לעצור את תוכנת הקוטב. בשלב זה, מנתח הספקטרום האופטי מציג ספקטרום נעול שאינו מצב.

בתוכנת הפולרימטר, התחל במדידות הקיטוב על ידי לחיצה על כפתור ההתחלה. צעד את בקר הקיטוב נגד כיוון השעון במרווחים של מעלה אחת. כאשר נחקר טווח הזוויות המותרות על ידי בקר הקיטוב הבין-חללי, התבונן במצב הקיטוב באמצעות תוכנת הקוטב.

המשך לחקור את הזוויות עד שתהיה עדות לנעילת מצב. שימו לב שהקיטוב נשאר חלק מאוד עם הזווית למעט היכן שמגיעים לנעילת מצבים. התבונן בספקטרום על מנתח הספקטרום כדי לוודא שהחתימה של נעילת המצב ניכרת.

חזור למחשב כדי להמשיך. שוב סובב את בקר הקיטוב בכיוון השעון עד שהוא כבר לא יכול להסתובב. בתוכנת הפולארימטר, התכוננו לנטר את הפרמטרים של סטוקס כפונקציה של זווית.

כאן הם מסודרים S אפס עד S שלוש מלמעלה למטה. צעד דרך הזוויות של בקר הקיטוב במרווחים של מעלה אחת תוך הקלטה וצפייה בערכים של S one, S two ו-S three. ניתן לראות כי S one עובר וריאציה פתאומית כאשר מתרחש המעבר לנעילת מצבים.

בשפת תכנות גרפית, כתוב סקריפט שימצא את תנאי נעילת המצב באופן אוטומטי. ההיגיון של תסריט זה ניתן בתרשים זרימה זה. בעיקרון, הסקריפט יתחיל עם בקר מצב הקיטוב בעצירה המכנית ויגדיל את הזווית שלו בצעדים של מעלה אחת תוך קריאת הערך של S one מהקוטב בכל שלב.

ברגע שהערך של S one גדל ביותר מערך סף שנקבע מראש של אפס נקודה שלוש בשלב אחד, הסקריפט ייפסק מכיוון שיש להשיג נעילת מצבים. לאחר מכן, הפעל את קובץ ה- Script. גרסה זו של הסקריפט מציגה את האבולוציה של פרמטר סטוקס S one ככל שהזווית גדלה.

כאשר הסריקה הזוויתית מתחילה, הלייזר אינו נעול מצב. כאשר בקר הקיטוב מסתובב, הערך של S one והספקטרום האופטי של הלייזר מתפתחים. כאשר הסקריפט מסתיים, נעילת מצב מושגת כפי שניתן לראות על ידי הספקטרום האופטי הרחב.

השלב הבא הוא לבצע תחליף לקוטב המסחרי. השתמש באוסילוסקופ המחובר למחשב עם ממשק GPIB. לאחר מכן, הפנה את תשומת הלב לרכיבים האופטיים של הקוטב החלופי.

יש מפצל אלומה מקטב במרכז מיושר עם שלושה קולימטורים של יציאות סיבים אופטיים FC-APC. אור מוזן לתוך מפצל האלומה מהיציאה למעלה. אור מקוטב אנכית יוצא מהמערכת מהיציאה הימנית.

אור מקוטב אופקית יוצא מהיציאה התחתונה. מנתח הקיטוב דורש גם ייצור שני מעגלים אלקטרוניים זהים. כאן, שני מעגלי מגבר הטרנס-אימפדנס נמצאים על אותו לוח בהיר.

הפריסה של מעגל בודד נמצאת בתרשים זה. ראשית, פוטו-דיודה של אינדיום גליום ארסניד מזהה אות של 1550 ננומטר. הפוטו-דיודה מחוברת למגבר תפעולי, נגד וקבל.

פלט המעגל מחובר לאוסילוסקופ ומספק מדד להספק האופטי הממוצע. בספסל, התחל לחבר את יציאות מפצל האלומה למעגלים. ראשית, חבר פלט אחד לפוטו-דיודה של אינדיום גליום ארסניד.

לאחר מכן, חבר את הפלט של מעגל מגבר הטרנס-אימפדנס כדי לתעל את אחד האוסילוסקופ. הפעל את האוסילוסקופ ואת מעגל מגבר הטרנס-אימפדנס. נתק את פלט ה-1% של הלייזר מהפולרימיטר המסחרי.

חבר את הפלט ליציאת הקלט של מפצל האלומה המקטבת. הפעל את הלייזר בכוח משאבה שרירותי כדי לשלוח אות אופטי של 1550 ננומטר. במחשב הפעל סקריפט כדי לקרוא את המתח הממוצע בערוץ הראשון של האוסילוסקופ.

חזור לאלמנטים האופטיים של מנתח הקיטוב. נתק את הפלט של מפצל האלומה המקטבת מהפוטו-דיודה. במקום זאת, חבר את פלט מפצל האלומה למד כוח מסחרי.

קרא והקלט את הכוח האופטי עבור כוח משאבה זה. המשך על ידי שינוי עוצמת האות האופטי הקלט ולאחר מכן מדידת המתח הממוצע וההספק האופטי. לאחר מספר מדידות, עלילה של המתח לעומת ההספק צריכה להיות ליניארית.

קבע את המקדמים של קשר ליניארי זה. בצע את אותו הליך עם הפלט השני של מפצל האלומה כדי להגיע להגדרת מנתח הקיטוב הסופית. גם יציאות הקיטוב האנכיות וגם האופקיות מחוברות למעגלי מגבר.

לכל מעגל יש ערוץ אוסצילוסקופ ייעודי, הנקרא על ידי המחשב. כעת שלבו את מנתח הקיטוב החדש בתהליך נעילת המצבים האוטומטי. פתח את הסקריפטים שנכתבו כדי לחפש אי-המשכיות בתופעת סטוקס S 1 כפונקציה של זווית בקר הקיטוב.

כדי לשנות אותו נדרש רק שינוי בקביעת S one מהמכשיר. עבור מנתח זה, חשב את S one באמצעות נוסחה זו. ערכי ההספק PX ו-PY נמצאים מהיחס הליניארי הנמדד בין מתח להספק עבור כל קיטוב.

בסיום, הפעל את קובץ ה- Script. גרסה זו של הסקריפט מציגה את האבולוציה של פרמטר סטוקס S one ככל שהזווית גדלה. כאשר הסריקה הזוויתית מתחילה, הלייזר אינו נעול מצב.

כאשר בקר הקיטוב מסתובב, הערך של S one והספקטרום האופטי של הלייזר מתפתחים. כאשר הסקריפט מסתיים, נעילת מצב מושגת כפי שניתן לראות על ידי הספקטרום האופטי הרחב. זוהי תרשים טיפוסי של פרמטר סטוקס S אחד לעומת הזווית של בקר מצב הקיטוב הממונע.

S one מחושב באמצעות ערכי הספק הנמדדים ממנתח קיטוב לא מסחרי. שינוי פתאומי מתרחש כאשר הלייזר מגיע למצב נעילת מצב. סקריפט אוטומטי שנכתב כדי להפסיק לשנות את זווית בקר הקיטוב בחוסר רציפות יכול למצוא נעילת מצב תוך מספר דקות.

ההליך יכול למצוא נעילת מצב תוך מספר דקות. יישומו אינו משפיע על תכנון חלל הלייזר ודורש ניטור של 1% בלבד מאות הפלט ומשאיר 99% ליישומים המיועדים. כדי שההליך יבצע את פרמטרי הלייזר, כגון עוצמת הבליטה שלו והשבירה הכפולה של בקר הקיטוב חייבים להיות מותאמים מראש כראוי על מנת למנוע משטרי פעולה לא רצויים כגון פעימות מרובות או פולסים דמויי רעש.

תידרש עבודה נוספת כדי לחקור את הישימות של הליך זה על עיצובי לייזר שונים ואורכי גל הפעלה. אנו מאמינים שניתן להשתמש בהליך זה במערכות לייזר סיבים מסחריות שבהן ניתן לצפות שנעילת מצב תתרחש אוטומטית בעת ההפעלה.