يتم استخدام ليزر الصمام الثنائي (DFB) المغلق بالحقن الذاتي للكشف عالي الدقة عن الانبعاثات الصوتية (AE) باستخدام مستشعر مقياس التداخل (Fabry-Perot – FPI)، بحيث يتكون مستشعر (FPI AE) من شبكتين شبكيتين من ألياف (Bragg) ضعيفة في نهايات فتحة لولبية طويلة من الألياف، مما يؤدي إلى وجود أطراف جيبية كثيفة تسمح باستخدام طريقة معدلة لاستخراج حامل مصدر الطور في طيف الانعكاس.
تحليل حساسية مستشعر الألياف البصرية
تبر العديد من التغييرات الهيكلية المتعلقة بالتلف، مثل بدء التشقق ونمو الشقوق وتكسر الألياف، بحيث تكون مصحوبة بإطلاق مفاجئ لطاقة الإجهاد، مما يؤدي إلى توليد موجات مرنة عابرة في نطاق التردد الكهربائي من (20) كيلو هرتز إلى (1) ميجا هرتز، بحيث تسمى هذه الموجات بالانبعاثات الصوتية (AE) وقد تم استخدام اكتشافها على نطاق واسع لمراقبة الصحة الهيكلية.
تقليدياً يتم استخدام أجهزة استشعار كهروضغطية للكشف عن التعريض الضوئي التلقائي، وفي الآونة الأخيرة أصبحت مستشعرات الألياف الضوئية (AE)، وخاصة تلك التي تعتمد على حواجز شبكية من الألياف الضوئية (FBGs)، وذلك يعتبر بديلاً جذاباً وتتم دراستها بشكل مكثف لأنها توفر العديد من المزايا مثل الوزن الخفيف والحجم الصغير ومقاومة التآكل وقدرات تعدد الإرسال والمناعة للتداخل الكهرومغناطيسي.
ونظراً لسرعة الاكتشاف المطلوبة، يتم عادةً إزالة تشكيل هذه المستشعرات عن طريق تقنية الكشف عن مرشح الحافة، حيث يتم قفل الأطوال الموجية لليزر القابل للضبط على منحدر الميزات الطيفية للمستشعر لتحويل التحول الطيفي المستحث بـ (AE) إلى اختلافات الكثافة من ضوء الليزر المنعكس، كذلك حساسية الكشف (التي تتميز بالحد الأدنى من إزاحة الطول الموجي التي يمكن اكتشافها) هي معلمة أداء رئيسية لأجهزة استشعار الألياف الضوئية (AE).
وفيما بعد تركزت الجهود السابقة لتحسين حساسية الكشف على زيادة انحدار السمة الطيفية من خلال الرنانات البصرية القائمة على (FBG) مثل مقاييس التداخل (FBG Fabry-Perot-FPIs) أو (FBGs) المزاحة بمرحلة (π)، والتي يمكن أن تولد سمات طنين ضيقة بعرض طيفي في حدود (1) م في نافذة الطول الموجي (1550) نانومتر.
تأثير ليزر الديود المغلق بالحقن الذاتي (DFB)
يعتبر ليزر الصمام الثنائي (DFB) المغلق بالحقن الذاتي مشابه لما هو موصوف، كما ويظهر بشكل تخطيطي في الشكل التالي (1-a)، وهي مصدر الضوء هو ليزر ديود (DFB) بدون عازل كهربائي مدمج عند (1545) نانومتر، بحيث تضمن مسار التغذية المرتدة البصرية الضفيرة الليفية لليزر (DFB) وحلقة الألياف، بحيث تم إقران الضوء المنبعث من ليزر (DFB) بحلقة الألياف من خلال دائري وانتقل عبر (FBG-FPI) عالي الجودة يعمل كرنان قفل قبل أن يتم حقنه مرة أخرى في الصمام الثنائي الليزري من خلال نفس المدور.
كذلك كانت المكونات الأخرى المضمنة في حلقة الألياف عبارة عن وحدة تحكم في الاستقطاب (PC) لمحاذاة استقطاب الليزر مع أحد المحاور الرئيسية لـ (FBG-FPI) ومخفف لضبط معامل التغذية الراجعة واثنين من قارنات الألياف البصرية، بحيث يجب تعديل مستوى الملاحظات إلى مستوى مناسب.
مستشعر التعريض الضوئي التلقائي بالألياف البصرية واستخراج (PGC) المعدل
تم تطبيق الليزر المغلق بالحقن الذاتي للكشف عن التعريض الضوئي التلقائي باستخدام مستشعر (FPI) منخفض الجودة تمت إزالته بطريقة (PGC) المعدلة، كما تم صنع المستشعر من زوج من (FBGs) الضعيفة في نهايات ملف ليفي مصنوع من ألياف بصرية بطول (40) سم، مما يؤدي إلى هامش جيبي تقريباً مع نطاق طيفي حر يبلغ حوالي (2) مساءً ويتم تحديد ملف تعريف الهامش بواسطة طيف انعكاس (FBG).
كذلك كان قطر الحلقة الخارجية والداخلية لجهاز استشعار لفائف الألياف (10) مم و (8) مم على التوالي، وذلك كما يوضح الشكل التخطيطي لمستشعر ملف الألياف وطيف انعكاسه، بالإضافة إلى الحواف الدقيقة المقاسة للمستشعر (2-a)، كما يمكن العثور على تفاصيل حول تصنيع وتوصيف المستشعر في الشكل التالي (2-b)، بحيث تم بعد ذلك لصق المنطقة الملفوفة من المستشعر على لوح من الألومنيوم (91 سم × 66 سم × 1 مم) للاختبار.
وفيما بعد تمت محاكاة إشارات (AE) بواسطة محول بيزو تم لصقه على لوح الألمنيوم على بعد حوالي (2) سم من مركز مستشعر ملف الألياف الذي كان مدفوعاً بإشارة جيبية تبلغ (150) كيلو هرتز، وجهد كهربائي (10) فولت من الذروة إلى الذروة وانفجار (4) دورات (فترة 10 مللي ثانية) من مولد الوظيفة، ونظراً لأنه تم ربط منطقة الألياف الملفوفة فقط (بدون FBGs) على سطح الهيكل؛ فإن إجهاد السطح بما في ذلك الذي تسببه إشارة (AE) تسبب في حدوث تغييرات في طور هامش المستشعر وظل المظهر الطيفي للأطراف دون تغيير.
مقارنة الليزر المغلق بالحقن الذاتي والليزر الحر (SNRs)
فيما بعد تم توصيل نظام استشعار (DFB) في وضع القفل الذاتي للحقن وفي وضع التشغيل الحر بنظام إزالة التشكيل، بحيث كان طول حلقة التغذية المرتدة لليزر المغلق بالحقن الذاتي حوالي (9) أمتار، كما ترد في الشكل التالي استجابات كلا التكوينين لإشارة (AE”) المحاكاة الناتجة عن محول الطاقة الانضغاطي على لوحة الألومنيوم، (3-a) و (c-3) على التوالي.
كذلك يُظهر أن كلا التكوينين ينتج عن استجابة شاملة بالموجات فوق الصوتية مماثلة مع قيم إشارة مماثلة من الذروة إلى الذروة حول (0.43 V2)، بحيث يوضح أيضاً بوضوح أن الوضع المغلق بالحقن الذاتي يوفر ضوضاء أقل بكثير مقارنة بوضع التشغيل الحر لليزر (DFB).
وبالنسبة إلى توصيف وضع النبضات وتذبذبات تردد الليزر؛ فإنه يمكن أن تسبب الاضطرابات البيئية انحرافاً نسبياً لوضع التجويف الخارجي فيما يتعلق بطول موجة الرنان لليزر المغلق بالحقن الذاتي، والذي يؤدي إلى نمط التنقل، كما أنه من المتوقع أن يؤدي التنقل في الوضع إلى تغيير تدريجي في تردد الليزر، بحيث وجد أن الطول الموجي لليزر عادة ما يكون مغلقاً على منحدر الرنان، حيث يتم تحويل تغيير الطول الموجي إلى اختلافات شدة الضوء الذي يمر عبر الرنان.
كما استخدمت أجهزة كشف ضوئية مختلفة لمراقبة الإشارة، بما في ذلك مكشاف ضوئي واسع النطاق مقترن بالتيار المستمر (نموذج: DET01CFC ،Thorlabs) مع عرض نطاق من التيار المستمر إلى (1.2) جيجا هرتز لمراقبة الإشارة الكلية وكاشف ضوئي مضخم (الطراز: 1811، نيوبورت) مع خرج تيار متردد (25 كيلو هرتز -125 ميجا هرتز) وإخراج شبه مستمر (تيار مستمر -50 كيلو هرتز)، وذلك كما يظهر في الشكل التالي (4).
وأخيراً تم عرض نظام استشعار (AE) بالليزر ديود (DFB) مغلق الحقن الذاتي باستخدام مستشعر قياس التداخل بالألياف البصرية من خلال طريقة إزالة تشكيل (PGC) معدلة، بحيث يحتوي ليزر الصمام الثنائي (DFB) المغلق بالحقن الذاتي على مرشح ضيق يبلغ عرض خط (1.5) مايكرومتر والذي كان بمثابة مرنان قفل في حلقة التغذية الراجعة من الألياف.
كذلك لقد أغلق الطول الموجي لليزر في وضع تجويف خارجي على المنحدر الطيفي للمرشح، بحيث قدم نظام الاستشعار بالموجات فوق الصوتية بالليزر (DFB) ذو الصمام الثنائي المغلق بالحقن الذاتي والمقترح في هذا العمل نسبة (SNR) أعلى بمقدار (33) ديسيبل من تلك الموجودة في ليزر ديود (DFB) في وضع التشغيل الحر.
