単一周波数半導体レーザーを用いた光波干渉の精密測定への応用

適用単一周波数半導体レーザー光波干渉の精密測定において
単一周波数の適用半導体レーザー光ファイバーハイドロホンや地上聴音干渉計などの精密計測分野におけるレーザー性能について論じ、レーザー性能が干渉計システムの性能に及ぼす重要な影響を詳細に分析する。

システムのコア構造と動作原理：光ファイバーハイドロホンシステムは、主にセンシングヘッドと干渉計（マッハツェンダー干渉計を例にとる）で構成されています。基本原理は、音響信号（音圧Δp）がセンシングヘッドに作用し、中空円筒に巻き付けられたセンシングファイバーの長さと屈折率を変化させ、それによって光路に変化をもたらすというものです。この小さな光路変化（すなわち位相変化）を干渉計が高感度で検出します。

1. センサーヘッド：その主要な機能は、音の振動を干渉計の光路の変化に変換することです。感度係数sは、ファイバー長Lなどの要因に関係しており、センシングファイバーが長いほどシステムの感度向上に有利です。
2. 干渉計：これは小さな位相変化を検出するための「最良の武器」です。出力光強度は位相差とコサイン関係にあります。直交動作点（(m+1/2)π）で静的位相バイアスφ₀を安定させることで、システムは最高の検出感度を実現できます。
3. システム性能に影響を与える主要な光源パラメータ: 本稿では、高位相分解能（目標値≤1μrad）を実現する上でのレーザー性能の限界を分析することに焦点を当てます。
4. レーザ周波数ノイズと線幅: レーザーの周波数ノイズは干渉位相ノイズを引き起こし、干渉縞の視認性を低下させる可能性があります。光路差が約 1 メートルの干渉計で 1 μ rad の位相分解能を達成するには、レーザーの線幅が約 30 Hz 未満である必要があります。これは、周波数安定性に対する非常に高い要求です。光源.
5. レーザー強度ノイズ：レーザーの相対強度ノイズ（RIN）は、干渉信号の位相誤差に直接変換されます。一般的な検出光パワー（約100μW）で1μradの位相分解能を達成するには、レーザーのRINを-120dB以下に低減する必要があります。これは、光源強度の安定性に対する非常に高い要求です。

要約すると、光ファイバーハイドロホンシステムを分析することで、干渉原理に基づく精密測定において、極めて狭い線幅（高い周波数安定性）と極めて低い強度ノイズという点で、コア光源である単一周波数半導体レーザーに求められる厳しい要件を詳述し、大規模システムアプリケーションで直面するレーザー周波数安定化の課題を提示した。