RU2729950C2 - Systems and methods of polling parameters in multiple places in a sample - Google Patents

Systems and methods of polling parameters in multiple places in a sample Download PDF

Info

Publication number
RU2729950C2
RU2729950C2 RU2018145350A RU2018145350A RU2729950C2 RU 2729950 C2 RU2729950 C2 RU 2729950C2 RU 2018145350 A RU2018145350 A RU 2018145350A RU 2018145350 A RU2018145350 A RU 2018145350A RU 2729950 C2 RU2729950 C2 RU 2729950C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulses
laser source
sample
ultrafast laser
repetition rate
Prior art date
Application number
RU2018145350A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2018145350A (en
RU2018145350A3 (en
Inventor
Аниш БЕКАЛЬ
Ракит ШАРМА
Самир Динкар ВАРТАК
Original Assignee
Дженерал Электрик Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дженерал Электрик Компани filed Critical Дженерал Электрик Компани
Publication of RU2018145350A publication Critical patent/RU2018145350A/en
Publication of RU2018145350A3 publication Critical patent/RU2018145350A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2729950C2 publication Critical patent/RU2729950C2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
    • G01B9/02—Interferometers
    • G01B9/02001—Interferometers characterised by controlling or generating intrinsic radiation properties
    • G01B9/02007—Two or more frequencies or sources used for interferometric measurement
    • G01B9/02008—Two or more frequencies or sources used for interferometric measurement by using a frequency comb
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
    • G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
    • G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/45—Interferometric spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/314—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4795—Scattering, i.e. diffuse reflection spatially resolved investigating of object in scattering medium
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/06—Illumination; Optics
    • G01N2201/069—Supply of sources
    • G01N2201/0696—Pulsed

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: optical measuring equipment.SUBSTANCE: system (100) for polling one or more parameters in multiple places in sample (108) comprises a first ultrafast laser source (102) configured to supply a first plurality of pulses, wherein first source (102) is configured to supply a frequency comb having a first repetition frequency, wherein the first set of pulses interacts with sample (108) in multiple places in sample (108) to obtain processed pulses. System also comprises a second ultrafast laser source (104) configured to feed a second plurality of pulses, wherein second source (104) is configured to supply a frequency comb having a second repetition frequency which is different from the first repetition frequency. Besides, the system comprises support device (110) configured to supply reference pulses having a variable time delay, variable phase delay, variable path difference, or combinations thereof; detector unit (124) configured to detect processed pulses from first and second sources (102 and 104) and reference pulses; and a data processing unit (128) configured to process the detected pulses and perform measurements of one or more parameters for a plurality of locations in sample (108).EFFECT: technical result consists in enabling increase in resolution and acceleration of measurement process.17 cl, 4 dwg

Description

Предпосылки создания изобретенияBackground of the invention

[0001] Формы осуществления описываемого изобретения относятся к системам и способам для распределенных измерений одного или нескольких параметров. В частности, системы и способы относятся к распределенным измерениям с использованием оптической технологии.[0001] Embodiments of the described invention relate to systems and methods for distributed measurements of one or more parameters. In particular, the systems and methods relate to distributed measurements using optical technology.

[0002] Обычно в больших газовых камерах или в оптически прозрачных образцах поглощение падающего оптического излучения измеряется как общее количество проходящего через образец оптического излучения. Желательно разработать оптические способы, которые могут предоставить распределение множества параметров, таких как температура газов, концентрация газов и/или давление газов внутри камеры, или измерение пространственно распределенного спектра высокого разрешения.[0002] Typically in large gas chambers or in optically transparent samples, the absorption of incident optical radiation is measured as the total amount of optical radiation passing through the sample. It would be desirable to develop optical methods that can provide a distribution of a variety of parameters such as gas temperature, gas concentration and / or gas pressure within a chamber, or high resolution spatially distributed spectrum measurement.

[0003] Применение импульсов оптического диапазона - это оптическая технология, которая используется для кодирования информации, относящейся к передаче по волоконно-оптическим линиям, определения физических свойств молекул в образцах и тому подобного. Идентификация свойств образца с использованием частотных импульсов основана на длительности и стабильности импульсов на желаемых частотах для получения конкретного разрешения образца. Как правило, интерферометрические измерения используются для оптического анализа образцов. Однако обычно интерферометрические измерения приводят к уменьшению разрешения в пространстве и времени из-за ограничений по длительности импульсов, частоте повторения импульсов, диапазону спектра и тому подобному. Применение импульсов оптической частоты для передачи информации использует относительно широкую полосу частот отдельных частотных импульсов, что приводит к перекрытию импульсов на больших расстояниях передачи. Понятно, что, когда частотные импульсы распространяются вдоль волоконно-оптической линии, ширина импульса увеличивается. После определенного расстояния перекрытие частотных линий из-за увеличения ширины импульса приводит к потере цифрового информационного содержимого. Кроме того, трудно генерировать множество разных близко расположенных частот, что ограничивает разрешение сигнала при посылке импульсов оптической частоты.[0003] The use of optical pulses is an optical technology that is used to encode information related to transmission over optical fiber lines, determine the physical properties of molecules in samples, and the like. The identification of sample properties using frequency pulses is based on the duration and stability of the pulses at the desired frequencies to obtain a specific sample resolution. Typically, interferometric measurements are used for optical analysis of samples. However, interferometric measurements usually lead to a decrease in resolution in space and time due to limitations in pulse duration, pulse repetition rate, spectrum range, and the like. The use of optical frequency pulses to transmit information uses a relatively wide bandwidth of individual frequency pulses, which results in pulse overlap at long transmission distances. It is understood that when the frequency pulses propagate along the fiber optic line, the pulse width increases. After a certain distance, overlapping frequency lines due to increased pulse width results in a loss of digital content. In addition, it is difficult to generate many different closely spaced frequencies, which limits the signal resolution when sending optical frequency pulses.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

[0004] В одной форме осуществления изобретения предлагается система для опроса одного или нескольких параметров во множестве мест в образце. Система содержит первый сверхбыстрый лазерный источник и второй сверхбыстрый источник, сконфигурированные для подачи первого множества импульсов и второго множества импульсов, соответственно, в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей. Кроме того, первый и второй сверхбыстрые лазерные источники сконфигурированы для подачи гребенок частот, имеющих первую и вторую частоту повторения, соответственно, где вторая частота повторения отличается от первой частоты повторения. Кроме того, первое множество импульсов взаимодействует с образцом во множестве мест в образце для получения обработанных импульсов. Кроме того, система содержит опорное устройство, выполненное для подачи опорных импульсов, имеющих переменную временную задержку, переменную задержку по фазе, переменную разность оптических длин путей, или их комбинации. Кроме того, система содержит блок детектора, сконфигурированный для детектирования по меньшей мере части обработанных импульсов от первого сверхбыстрого лазерного источника, второго множества импульсов от второго сверхбыстрого лазерного источника и опорных импульсов. Система содержит также блок обработки данных, сконфигурированный для обработки детектируемых импульсов и выполнения измерений одного или нескольких параметров для множества мест в образце.[0004] In one embodiment of the invention, a system is provided for polling one or more parameters at multiple locations in a sample. The system comprises a first ultrafast laser source and a second ultrafast source configured to deliver a first plurality of pulses and a second plurality of pulses, respectively, in a picosecond time range or a range of shorter durations. In addition, the first and second ultrafast laser sources are configured to supply frequency combs having first and second repetition rates, respectively, where the second repetition rate is different from the first repetition rate. In addition, the first plurality of pulses interact with the sample at multiple locations in the sample to obtain processed pulses. In addition, the system comprises a reference device configured to supply reference pulses having a variable time delay, a variable phase delay, a variable optical path length difference, or a combination thereof. In addition, the system comprises a detector unit configured to detect at least a portion of the processed pulses from the first ultrafast laser source, a second plurality of pulses from the second ultrafast laser source, and reference pulses. The system also contains a data processing unit configured to process the detected pulses and perform measurements of one or more parameters for multiple locations in the sample.

[0005] В другой форме осуществления изобретения предлагается система для опроса одного или нескольких параметров во множестве мест в образце. Система содержит первый фемтосекундный лазерный источник и второй фемтосекундный лазерный источник, сконфигурированные для подачи первого множества импульсов и второго множества импульсов, соответственно, в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей. Кроме того, первый и второй фемтосекундные лазерные источники сконфигурированы для подачи гребенок частот, имеющих первую и вторую частоты повторения, соответственно, где вторая частота повторения отличается от первой частоты повторения. Кроме того, первое множество импульсов взаимодействует с образцом во множестве мест в образце для получения обработанных импульсов. Система также содержит опорное устройство, выполненное для подачи опорных импульсов, имеющих переменную временную задержку, переменную задержку по фазе, переменную разность хода или их комбинации. Кроме того, система содержит блок детектора, сконфигурированный для детектирования по меньшей мере части обработанных импульсов от первого фемтосекундного лазерного источника, второго множества импульсов от второго фемтосекундного лазерного источника и опорных импульсов. Кроме того, система содержит блок обработки данных, сконфигурированный для обработки детектируемых импульсов и выполнения измерений одного или нескольких параметров для множества мест в образце.[0005] In another embodiment, the invention provides a system for polling one or more parameters at multiple locations in a sample. The system comprises a first femtosecond laser source and a second femtosecond laser source configured to deliver a first plurality of pulses and a second plurality of pulses, respectively, in a picosecond time range or a range of shorter durations. In addition, the first and second femtosecond laser sources are configured to supply frequency combs having first and second repetition rates, respectively, where the second repetition rate is different from the first repetition rate. In addition, the first plurality of pulses interact with the sample at multiple locations in the sample to obtain processed pulses. The system also includes a reference device configured to supply reference pulses having a variable time delay, a variable phase delay, a variable path difference, or a combination thereof. In addition, the system comprises a detector unit configured to detect at least a portion of the processed pulses from the first femtosecond laser source, the second plurality of pulses from the second femtosecond laser source, and reference pulses. In addition, the system includes a data processing unit configured to process the detected pulses and perform measurements of one or more parameters for multiple locations in the sample.

[0006] В еще одной форме осуществления изобретения способ включает в себя подачу первого множества импульсов в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей и гребенки частот, имеющих первую частоту повторения. Кроме того, способ включает в себя взаимодействие части первого множества импульсов во множестве мест в образце для получения обработанных импульсов. Способ также включает в себя введение переменной временной задержки, переменной задержки по фазе, переменной разности хода или их комбинаций в другую часть первого множества импульсов для получения опорных импульсов и подачу второго множества импульсов в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей, и гребенки частот, имеющих вторую частоту повторения, которая отличается от первой частоты повторения. Кроме того, способ включает в себя детектирование по меньшей мере части обработанных импульсов от первого сверхбыстрого лазерного источника, второго множества импульсов от второго сверхбыстрого лазерного источника и опорных импульсов. Способ также включает обработку детектируемых импульсов для выполнения измерения одного или нескольких параметров для множества мест в образце.[0006] In yet another embodiment of the invention, the method includes supplying a first plurality of pulses in a picosecond or shorter duration range and a frequency comb having a first repetition rate. In addition, the method includes interacting a portion of the first plurality of pulses at multiple locations in the sample to produce processed pulses. The method also includes injecting a variable time delay, a variable phase delay, a variable path difference, or combinations thereof into another portion of the first plurality of pulses to obtain reference pulses, and supplying a second plurality of pulses in a picosecond or shorter duration range, and a frequency comb, having a second repetition rate that is different from the first repetition rate. In addition, the method includes detecting at least a portion of the processed pulses from the first ultrafast laser source, the second plurality of pulses from the second ultrafast laser source, and reference pulses. The method also includes processing the detected pulses to perform measurements of one or more parameters for multiple locations in the sample.

Перечень чертежейList of drawings

[0007] Эти и другие отличительные признаки и аспекты форм осуществления изобретения станут более понятными после прочтения следующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые символы представляют одинаковые части на всех чертежах и на которых:[0007] These and other distinctive features and aspects of the embodiments of the invention will become better understood upon reading the following detailed description with reference to the accompanying drawings, in which like symbols represent like parts throughout the drawings, and in which:

[0008] Фиг. 1 является схематическим представлением системы для распределенного измерения образца для опроса одного или нескольких параметров во множестве мест в образце в соответствии с аспектами описания изобретения.[0008] FIG. 1 is a schematic diagram of a system for distributed sample measurement for interrogating one or more parameters at multiple locations in a sample in accordance with aspects of the specification.

[0009] Фиг. 2(a)-2(i) - графические иллюстрации распределенных измерений с использованием системы по фиг. 1, в соответствии с аспектами описания изобретения.[0009] FIG. 2 (a) -2 (i) are graphical illustrations of distributed measurements using the system of FIG. 1 in accordance with aspects of the specification.

[0010] Фиг. 3 - схематическое представление системы для распределенных измерений на большом расстоянии во множестве мест в образце в соответствии с аспектами описания изобретения.[0010] FIG. 3 is a schematic diagram of a system for distributed long-distance measurements at multiple locations in a sample in accordance with aspects of the disclosure.

[0011] Фиг. 4 - пример блок-схемы последовательности операций способа для распределенных измерений для множества мест в образце.[0011] FIG. 4 is an example flowchart for distributed measurements for multiple locations in a sample.

Подробное описаниеDetailed description

[0012] В некоторых формах осуществления описания изобретения предлагаются системы и способы для распределенного измерения одного или нескольких параметров образца. В некоторых других формах осуществления описания распределенное измерение поглощения, пропускания, отражения, фазового спектра или комбинаций может использоваться для определения одного или нескольких параметров, но не ограничиваясь ими, таких как концентрация, давление, температура и химический состав в одном или несколько местах в образце. Кроме того, в некоторых формах осуществления изобретения, системы могут быть сконфигурированы для проведения распределенных измерений на коротких расстояниях, распределенных измерений на больших расстояниях или их обоих. В одном примере распределенное измерение может выполняться в образце для определения химического состава образца в двух или более местах в образце. В другой форме осуществления изобретения распределенное измерение может выполняться для определения температуры образца в двух или более местах в образце.[0012] In some embodiments, systems and methods are provided for the distributed measurement of one or more sample parameters. In some other forms of implementation of the description, distributed measurement of absorption, transmission, reflectance, phase spectrum, or combinations can be used to determine one or more parameters, but not limited to them, such as concentration, pressure, temperature and chemical composition at one or more locations in the sample. Additionally, in some embodiments of the invention, the systems may be configured to perform short-range distributed measurements, long-range distributed measurements, or both. In one example, a distributed measurement can be performed on a sample to determine the chemical composition of the sample at two or more locations in the sample. In another embodiment, the distributed measurement can be performed to determine the temperature of the sample at two or more locations in the sample.

[0013] В некоторых формах осуществления изобретения системы и способы могут использоваться для многопараметрического измерения с высоким пространственным разрешением наряду с разрешением по длине волны. Например, системы и способы могут использоваться для пространственного профилирования газа, нефти, воды или их комбинаций в скважинных системах, измерения концентрации газа в пространстве, например, в выхлопе газовой турбины, мониторинга состояния покрытий, таких как, термобарьерные покрытия на лопатках турбин, но не ограничиваясь этим.[0013] In some embodiments of the invention, the systems and methods may be used for multiparameter measurement with high spatial resolution along with wavelength resolution. For example, the systems and methods can be used for spatial profiling of gas, oil, water, or combinations thereof in downhole systems, measuring gas concentration in space, for example, in the exhaust of a gas turbine, monitoring the condition of coatings such as thermal barrier coatings on turbine blades, but not limited to this.

[0014] В некоторых формах осуществления предлагается система для распределенного измерения образца для опроса или исследования одного или нескольких параметров во множестве мест в образце. Система содержит первый сверхбыстрый лазерный источник, сконфигурированный для подачи гребенки частот, имеющей первую частоту повторения. Первый сверхбыстрый лазерный источник сконфигурирован для подачи первого множества импульсов в пикосекундном временном диапазоне или в диапазоне более коротких длительностей, для взаимодействия с одним или несколькими местами из множества мест образца для получения обработанных импульсов. Система также содержит второй сверхбыстрый лазерный источник, который сконфигурирован для подачи гребенки частот со второй частотой повторения, которая отличается от первой частоты повторения. Второй сверхбыстрый лазерный источник сконфигурирован для подачи второго множества импульсов в пикосекундном временном диапазоне или в диапазоне более коротких длительностей. Разница между частотами повторения первого и второго сверхбыстрых лазерных источников может быть основана на параметре системы. Кроме того, разница между частотами повторения первого и второго сверхбыстрых лазерных источников определяет диапазон спектра, который может быть измерен. Например, если разность в частотах повторения ниже определенного значения, измеряемый диапазон спектра может быть уже, чем диапазон спектра, который измеряется, если разность в частотах повторения выше определенного значения.[0014] In some embodiments, a system is provided for distributed measurement of a sample to interrogate or examine one or more parameters at multiple locations in the sample. The system comprises a first ultrafast laser source configured to supply a frequency comb having a first repetition rate. The first ultrafast laser source is configured to deliver the first plurality of pulses in the picosecond time range or in the range of shorter durations to interact with one or more locations from a plurality of sample locations to obtain processed pulses. The system also includes a second ultrafast laser source that is configured to provide a comb of frequencies with a second repetition rate that is different from the first repetition rate. The second ultrafast laser source is configured to deliver the second plurality of pulses in the picosecond time range or in the range of shorter durations. The difference between the repetition rates of the first and second ultrafast laser sources can be based on a system parameter. In addition, the difference between the repetition rates of the first and second ultrafast laser sources determines the range of the spectrum that can be measured. For example, if the difference in repetition rates is below a certain value, the measured spectrum range may be narrower than the range of the spectrum that is measured if the difference in repetition rates is above a certain value.

[0015] Система также содержит блок детектора, который сконфигурирован для детектирования по меньшей мере части обработанных импульсов и по меньшей мере части второго множества импульсов. Кроме того, система содержит блок обработки данных, сконфигурированный для обработки детектируемых импульсов и выполнения измерений одного или нескольких параметров, соответствующих множеству мест в образце.[0015] The system also comprises a detector unit that is configured to detect at least a portion of the processed pulses and at least a portion of the second plurality of pulses. In addition, the system includes a data processing unit configured to process the detected pulses and perform measurements of one or more parameters corresponding to multiple locations in the sample.

[0016] В некоторых формах осуществления изобретения способы и системы могут использоваться для выполнения распределенного измерения множества параметров, чтобы способствовать оптимизации эксплуатации, такой как, эксплуатация газовой турбины, но не ограничиваясь этим. Например, распределенное измерение множества параметров облегчает идентификацию горячих точек в газовой турбине, уменьшение вредных выбросов из газовой турбины, обнаружение примесей в материалах термобарьерных покрытий лопаток турбины и т.п., или их комбинаций. Кроме того, способы и системы могут предусматривать измерения для образцов, имеющих одну или несколько фаз, таких как две или более из твердой, жидкой и газообразной фаз. Системы и способы сконфигурированы для измерения широкополосного спектра высокого разрешения и применяются в исследованиях окружающей среды, где образцы могут находиться в одной или нескольких фазах, таких как твердая, жидкая и газообразная фазы. Кроме того, в способах и системах используются синхронизированные сверхбыстрые лазерные источники, которые обеспечивают распределенные измерения на больших расстояниях.[0016] In some embodiments, the methods and systems can be used to perform a distributed measurement of a variety of parameters to help optimize operations such as, but not limited to, gas turbine operation. For example, distributed measurement of multiple parameters facilitates the identification of hot spots in a gas turbine, reduction of harmful emissions from a gas turbine, detection of impurities in thermal barrier materials of turbine blades, etc., or combinations thereof. In addition, the methods and systems can provide measurements for samples having one or more phases, such as two or more of a solid, liquid and gaseous phase. The systems and methods are configured to measure high-resolution broadband spectrum and are used in environmental studies where samples can be in one or more phases such as solid, liquid and gaseous phases. In addition, the methods and systems use synchronized ultrafast laser sources that provide distributed measurements over long distances.

[0017] Фиг. 1 иллюстрирует пример системы для распределенного измерения образца для опроса одного или нескольких параметров во множестве мест в образце. В показанной форме осуществления изобретения система 100 содержит интерферометрическую конфигурацию, которая использует плечо с образцом и опорное плечо. Термин "плечо с образцом" используется для обозначения плеча или части системы 100, которая включает в себя образец, а термин "опорное плечо" используется для обозначения плеча или части системы 100, которая включает в себя опорное устройство.[0017] FIG. 1 illustrates an example of a system for distributed sample measurement for polling one or more parameters at multiple locations in the sample. In the illustrated embodiment, system 100 comprises an interferometric configuration that uses a sample arm and a support arm. The term "sample arm" is used to refer to a shoulder or portion of system 100 that includes a sample, and the term "support arm" is used to refer to a shoulder or portion of system 100 that includes a support device.

[0018] В представленной форме осуществления изобретения система 100 содержит первый сверхбыстрый лазерный источник 102, второй сверхбыстрый лазерный источник 104 и опорное устройство 110. Первый и второй сверхбыстрые лазерные источники 102 и 104 сконфигурированы для подачи первого и второго множества импульсов, соответственно. Первый и второй сверхбыстрые лазерные источники 102 и 104 характеризуются их индивидуальными гребенками частот и частотами повторения. Опорное устройство 110 функционально соединено с первым лазерным источником 102 и выполнено с возможностью подачи опорных импульсов, которые имеют временную задержку, задержку по фазе или разность оптических длин путей относительно импульсов первого лазерного источника 102.[0018] In the illustrated embodiment, the system 100 comprises a first ultrafast laser source 102, a second ultrafast laser source 104, and a reference device 110. The first and second ultrafast laser sources 102 and 104 are configured to deliver a first and second plurality of pulses, respectively. The first and second ultrafast laser sources 102 and 104 are characterized by their individual frequency combs and repetition rates. The reference device 110 is operatively coupled to the first laser source 102 and is configured to provide reference pulses that have a time delay, phase delay, or optical path difference relative to the pulses of the first laser source 102.

[0019] В одной форме осуществления изобретения, разность частот первого и второго сверхбыстрых лазерных источников 102 и 104 может быть больше, чем ширина линии некоторой заданной линии гребенки частот сверхбыстрых лазерных источников 102 и 104. Кроме того, разница частот первого и второго сверхбыстрых лазерных источников 102 и 104 может составлять менее половины частоты повторения сверхбыстрых лазерных источников 102 и 104.[0019] In one embodiment, the frequency difference between the first and second ultrafast laser sources 102 and 104 may be greater than the line width of some predetermined comb line of the ultrafast laser sources 102 and 104. In addition, the frequency difference between the first and second ultrafast laser sources 102 and 104 may be less than half the repetition rate of ultrafast laser sources 102 and 104.

[0020] В некоторых примерах сверхбыстрые лазерные источники 102 и 104 могут быть пико- или фемтосекундными лазерными источниками. Использование пико- или фемтосекундных лазерных источников в системе 100 приводит к относительно более высокому пространственному разрешению по сравнению с использованием лазерных источников, которые излучают оптические импульсы с длительностями, превышающими пикосекунды. Частоты повторения первого и второго сверхбыстрых лазерных источников 102 и 104 различны. В одном примере частота повторения первого сверхбыстрого лазерного источника 102 упоминается как "первая частота повторения", а частота повторения второго сверхбыстрого лазерного источника 104 упоминается как "вторая частота повторения" (fr+/-df). В частности, первая и вторая частоты повторения различны. Разница частот повторения первого и второго сверхбыстрых лазерных источников 102 и 104 представлена значением df, где df - это отношение, которое представляет пространственное распределение длительности лазерных импульсов для конкретной частоты повторения сверхбыстрого лазерного источника. Частота повторения может быть определена на основе необходимого спектрального разрешения. В одной форме осуществления изобретения значение df может быть представлено уравнением (1) как:[0020] In some examples, ultrafast laser sources 102 and 104 may be pico or femtosecond laser sources. The use of pico or femtosecond laser sources in the system 100 results in relatively higher spatial resolution compared to the use of laser sources that emit optical pulses with durations exceeding picoseconds. The repetition rates of the first and second ultrafast laser sources 102 and 104 are different. In one example, the repetition rate of the first ultrafast laser source 102 is referred to as the “first repetition rate” and the repetition rate of the second ultrafast laser source 104 is referred to as the “second repetition rate” (fr +/- df). In particular, the first and second repetition rates are different. The difference in the repetition rates of the first and second ultrafast laser sources 102 and 104 is represented by the value df, where df is a ratio that represents the spatial distribution of the laser pulse duration for a particular ultrafast laser source repetition rate. The repetition rate can be determined based on the required spectral resolution. In one embodiment, df can be represented by equation (1) as:

Figure 00000001
Figure 00000001

где с представляет скорость света, a fr представляет частоту повторения первого сверхбыстрого лазерного источника 102.where c represents the speed of light and fr represents the repetition rate of the first ultrafast laser source 102.

[0021] Можно отметить, что оптические пути для множества импульсов от сверхбыстрых лазерных источников 102 и 104 могут быть сформированы с оптическими волокнами или без них. В одной форме осуществления изобретения оптическое волокно может быть функционально связано с первым сверхбыстрым лазерным источником 102 так, что по меньшей мере часть первого множества импульсов проходит по меньшей мере через часть оптического волокна. В той же или других формах осуществления оптическое волокно может быть функционально связано со вторым сверхбыстрым лазерным источником 104 так, что по меньшей мере часть второго множества импульсов проходит по меньшей мере через часть оптического волокна. В некоторых формах осуществления изобретения в оптической конфигурации по фиг. 1 и 3 настоящей заявки, первое, второе и/или третье множество импульсов от первого, второго и/или третьего сверхбыстрых лазерных источников 302, 304 и 306, соответственно, может проходить через окружающую атмосферу (например, воздух) или оптическое волокно. В формах осуществления изобретения, где различное множество импульсов проходит через оптическое волокно, соединительные линии между различными компонентами систем 100 и 300 могут представлять собой оптические волокна.[0021] It can be noted that optical paths for multiple pulses from ultrafast laser sources 102 and 104 may be formed with or without optical fibers. In one embodiment, the optical fiber may be operatively coupled to the first ultrafast laser source 102 such that at least a portion of the first plurality of pulses pass through at least a portion of the optical fiber. In the same or other embodiments, the optical fiber may be operatively coupled to the second ultrafast laser source 104 such that at least a portion of the second plurality of pulses pass through at least a portion of the optical fiber. In some embodiments, in the optical configuration of FIG. 1 and 3 of this application, the first, second and / or third plurality of pulses from the first, second and / or third ultrafast laser sources 302, 304 and 306, respectively, can pass through the surrounding atmosphere (eg, air) or optical fiber. In embodiments where a different plurality of pulses pass through an optical fiber, the interconnect lines between the various components of systems 100 and 300 may be optical fibers.

[0022] Первый сверхбыстрый лазерный источник 102 функционально связан с опорным устройством 110. В качестве неограничивающего примера, опорное устройство 110 может быть устройством задержки по времени, таким как зеркало. Другие неограничивающие примеры опорных устройств могут включать в себя генераторы разности фаз или задержки, генераторы разности хода, жидкокристаллические устройства, микроматрицы, микроэлектромеханическую систему (Micro Electro Mechanical System, MEMS) или любые другие оптические структуры, которые сконфигурированы для введения временной задержки, задержки по фазе или разности фаз, или разности оптических длин путей в путь оптического излучения, например, в системе 100. Опорное плечо, в общем представленное ссылочной позицией 112, содержит опорное устройство 110, например, опорное зеркало. Кроме того, плечо с образцом, в общем представленное ссылочной позицией 114, содержит образец 108 и оптический путь, который ведет к образцу 108. Опорное устройство 110 сконфигурировано для обеспечения временной задержки между оптическими импульсами, распространяющимися в опорном плече 112 и оптическими импульсами, распространяющимися в плече 114 с образцом, чтобы создать необходимую интерференцию между импульсами в двух плечах 112 и 114.[0022] The first ultrafast laser source 102 is operatively associated with a reference device 110. As a non-limiting example, the reference device 110 may be a time delay device such as a mirror. Other non-limiting examples of reference devices may include phase difference or delay generators, path difference generators, liquid crystal devices, microarrays, Micro Electro Mechanical System (MEMS), or any other optical structure that is configured to introduce a time delay, phase delay. or a phase difference, or a difference in optical path lengths into an optical path, for example, in system 100. The support arm, generally represented by reference numeral 112, comprises a support device 110, such as a support mirror. In addition, the sample arm, generally represented by reference numeral 114, contains the sample 108 and an optical path that leads to the sample 108. The reference device 110 is configured to provide a time delay between the optical pulses propagating in the reference arm 112 and the optical pulses propagating in arm 114 with the sample to create the necessary interference between the pulses in the two arms 112 and 114.

[0023] В некоторых формах осуществления опорное устройство может быть выполнено с возможностью введения временной задержки, задержки или разности по фазе, или разности оптических длин путей в часть первого множества импульсов, подаваемых первым сверхбыстрым лазерным источником 102. Кроме того, временная задержка, задержка по фазе или разность оптических длин путей могут изменяться во времени. В частности, временная задержка, задержка по фазе, разность хода, вводимые опорным устройством 110 в часть первого множества импульсов, таковы, что эти задержки и разности могут изменяться в соответствии с местом в образце, которое должно быть опрошено. В качестве примера, в показанной форме осуществления изобретения, если опорное устройство 110 представляет собой устройство временной задержки, такое как зеркало, зеркало может быть выполнено с возможностью перемещения вдоль оптического пути, представленного ссылочной позицией 111, чтобы вводить переменное время задержки в путь части первого множества импульсов от первого сверхбыстрого лазерного источника 102. Эта часть первого множества импульсов называется опорными импульсами. Кроме того, скорость или частоту движений устройства временной задержки можно регулировать на основе необходимой скорости сканирования, при которой необходимо сканировать различные места образца 108. Кроме того, временная задержка, задержка по фазе или разность хода, вводимые опорным устройством 10, могут регулироваться, чтобы соответствовать пространственному разрешению образца 108. Можно отметить, что минимальное пространственное разрешение для сканирования образца 108 может быть подобно длительности импульса лазерных источников 102 и 104.[0023] In some embodiments, the reference device may be configured to introduce a time delay, delay, or phase difference, or optical path length difference to a portion of the first plurality of pulses delivered by the first ultrafast laser source 102. In addition, the time delay, phase or the difference in optical path lengths can vary over time. In particular, the time delay, phase delay, path difference introduced by the reference device 110 into a portion of the first plurality of pulses are such that these delays and differences can vary according to the location in the sample to be interrogated. By way of example, in the illustrated embodiment, if the support device 110 is a time delay device such as a mirror, the mirror may be movable along the optical path represented by the reference numeral 111 to introduce a variable delay time into the path of a portion of the first plurality pulses from the first ultrafast laser source 102. This part of the first plurality of pulses is called reference pulses. In addition, the speed or frequency of movements of the time delay device can be adjusted based on the desired scan speed at which it is necessary to scan various locations of the sample 108. In addition, the time delay, phase delay, or travel difference introduced by the reference device 10 can be adjusted to correspond the spatial resolution of the sample 108. It can be noted that the minimum spatial resolution for scanning the sample 108 may be similar to the pulse width of the laser sources 102 and 104.

[0024] Система дополнительно содержит светоделители 116 и 117. В неограничивающем примере светоделитель 116 может быть, например, светоделителем 50:50. Светоделитель 116 выполнен с возможностью разделения излучения, распространяющегося от первого сверхбыстрого лазерного источника 102, по меньшей мере на 2 части таким образом, что первая часть излучения проходит к опорному устройству 110, а вторая часть излучения проходит к образцу 108. Кроме того, как в опорном плече 112, так и в плече 114 с образцом могут использоваться коллиматоры 120 и 122. Коллиматоры 120 и 122 могут быть похожи друг на друга по функции и структуре или могут быть разными. Коллиматор 120 коллимирует и направляет излучение к опорному устройству 110; задержанное излучение от опорного устройства 110 принимается коллиматором 120 обратно. Аналогично, коллиматор 122 коллимирует и направляет излучение к образцу 108 для взаимодействия излучения по меньшей мере с частью образца 108 и для сбора обработанных импульсов или взаимодействующих импульсов.[0024] The system further comprises beamsplitter 116 and 117. In a non-limiting example, beamsplitter 116 may be, for example, a 50:50 beamsplitter. The beam splitter 116 is configured to divide the radiation propagating from the first ultrafast laser source 102 into at least 2 parts so that the first part of the radiation passes to the support device 110 and the second part of the radiation passes to the sample 108. In addition, as in the reference collimators 120 and 122 can be used in arm 112 and sample arm 114. Collimators 120 and 122 may be similar in function and structure, or may be different. The collimator 120 collimates and directs the radiation to the reference device 110; the delayed radiation from the reference device 110 is received back by the collimator 120. Likewise, collimator 122 collimates and directs radiation towards sample 108 to interact the radiation with at least a portion of sample 108 and to collect processed pulses or interacting pulses.

[0025] Во время работы часть опорных импульсов, таких как импульсы с задержкой по времени, от первого сверхбыстрого лазерного источника 102 могут взаимодействовать с одним или несколькими местами образца в заданный момент времени. Места 130, 132, 134 и 136 образца опрашиваются или зондируются на основе показателя преломления среды образца 108. В одном примере, где опорное устройство 110 является устройством временной задержки, таким как опорное зеркало, расстояние перемещения опорного зеркала вдоль оптического пути, который проходит вдоль направления 111, может определять величину оптической задержки или разности хода, вводимую в плечо с образцом, или того и другого. В одной форме осуществления изобретения опорное зеркало может быть соединено с двигателем (не показанным на фиг. 1) для осуществления перемещения зеркала. В других примерах, когда пьезоэлектрическое устройство или зеркало системы MEMS используется в качестве опорного устройства 110, электрический ток может подаваться для опорного устройства, чтобы осуществлять необходимое перемещение опорного устройства 110 для обеспечения соответствующей временной задержки или задержки по фазе в конкретном моменте времени.[0025] During operation, a portion of the reference pulses, such as time-delayed pulses, from the first ultrafast laser source 102 may interact with one or more sample locations at a given time. Sample locations 130, 132, 134, and 136 are interrogated or probed based on the refractive index of the sample medium 108. In one example, where the reference device 110 is a time delay device such as a reference mirror, the distance the reference mirror travels along an optical path that extends along the direction 111 can determine the amount of optical delay or travel difference introduced into the sample arm, or both. In one embodiment of the invention, the reference mirror may be connected to a motor (not shown in FIG. 1) to effect movement of the mirror. In other examples, when a piezoelectric device or a MEMS mirror is used as the reference device 110, electric current may be supplied to the reference device to effect the required movement of the reference device 110 to provide an appropriate time delay or phase delay at a particular point in time.

[0026] Взаимодействующие импульсы от образца 108 в плече 114 с образцом и опорные (например, с временной задержкой) импульсы от опорного плеча 112 могут интерферировать с импульсами от второго сверхбыстрого лазерного источника 104. Эта интерференция импульсов детектируется с использованием блока 124 детектирования. В одном примере блок 124 детектора может быть высокочастотным детектором.[0026] Interacting pulses from the sample 108 in the sample arm 114 and reference (eg, time-delayed) pulses from the reference arm 112 may interfere with pulses from the second ultrafast laser source 104. This pulse interference is detected using the detector 124. In one example, the detector unit 124 may be an RF detector.

[0027] Кроме того, система использует блок 128 обработки данных для обработки комбинированного излучения, принимаемого в блоке 124 детектора. Используемый здесь термин "блок обработки данных" относится к процессору, имеющему интегральные схемы, включенные в компьютер, а также к контроллеру, микроконтроллеру, микрокомпьютеру, программируемому логическому контроллеру (Programmable Logic Controller, PLC), специализированным микропроцессорам, процессорам цифровой обработки сигналов (Digital Signal Processor, DSP), специализированным интегральным схемам (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), программируемым пользователем вентильным матрицам (Field Programmable Gate Array, FPGA) и/или любым другим программируемым схемам. В некоторых формах осуществления блок 128 обработки данных может быть связан с запоминающим устройством (устройствами) или может содержать его (не показанное на фиг. 1). Запоминающее устройство (устройства) могут обычно содержать элемент(-ы) памяти, включая, но не ограничиваясь этим, машиночитаемый носитель (например, оперативное запоминающее устройство (Random Access Memory, RAM), машиночитаемый энергонезависимый носитель (например, флэш-память), один или несколько жестких дисков, дискету, компакт-диск только для чтения (Compact Disk-Read Only Memory, CD-ROM), запоминающее устройство на компакт-диске для чтения/записи (Compact Disk-Read/Write, CD-R/W), магнитооптический диск (Magneto-Optical Disk, MOD), цифровой универсальный диск (Digital Versatile Disc, DVD), флэш-накопители, накопители на оптических дисках, полупроводниковые запоминающие устройства и/или другие подходящие элементы памяти. Детектируемое излучение, обрабатываемое блоком 128 обработки данных, может предоставлять данные, которые представляют распределенные измерения одного или нескольких параметров образца, как описано далее на фиг. 2(a)-2(h). Кроме того, способ работы системы 100 по фиг. 1 будет описан со ссылкой на фиг. 2(a)-2(h).[0027] In addition, the system uses a processing unit 128 to process the combined radiation received at the detector unit 124. As used herein, the term "data processing unit" refers to a processor having integrated circuits incorporated into a computer, as well as a controller, microcontroller, microcomputer, Programmable Logic Controller (PLC), specialized microprocessors, digital signal processing (Digital Signal Processor, DSP), Application Specific Integrated Circuit (ASIC), Field Programmable Gate Array (FPGA), and / or any other programmable circuitry. In some embodiments, processing unit 128 may be associated with or may contain memory (s) (not shown in FIG. 1). Memory device (s) may typically comprise memory element (s) including, but not limited to, a computer-readable medium (for example, random access memory (RAM), computer-readable non-volatile medium (for example, flash memory), one or multiple hard disks, a floppy disk, a Compact Disk-Read Only Memory (CD-ROM), a Compact Disk-Read / Write (CD-R / W) , Magneto-Optical Disk (MOD), Digital Versatile Disc (DVD), flash drives, optical disk drives, semiconductor memory devices and / or other suitable memory elements. Detected radiation processed by processing unit 128 data, may provide data that represent distributed measurements of one or more sample parameters, as described further in Fig. 2 (a) -2 (h). In addition, the method of operation of the system 100 by f ig. 1 will be described with reference to FIG. 2 (a) -2 (h).

[0028] На фиг. 2(a)-2(h) показана интерференция импульсов от опорного плеча, например, опорного плеча 112 на фиг. 1, и плеча с образцом, например, плеча 114 с образцом на фиг. 1. На фиг. 2(a)-2(f) ордината 202 представляет интенсивность импульсов оптического излучения. Кроме того, на фиг. 2(a)-2(f) абсцисса 204 представляет время, на фиг. 2(g)-2(h) абсцисса 206 представляет частоту импульсов, а ордината 208 представляет амплитуду импульсов. В частности, фиг. 2(a) представляет опорные импульсы (IR) или импульсы от опорного плеча 112. В определенный момент времени положение опорного устройства 110, такое как местоположение устройства временной задержки вдоль направления 111, выбирают таким образом, что выбираются одно или несколько мест образца в конкретном месте (или глубине) вдоль длины оптического пути. Фиг. 2(b) представляет импульсы (IS) от плеча 114 с образцом, которые соответствуют местам образца X1, Х2, Х3 и Х4, представленным на фиг. 1 ссылочными позициями 130, 132, 134 и 136, соответственно. В частности, импульсы, которые возвращаются после взаимодействия с позицией X1 130 образца, обозначены ссылочными позициями 212, а импульсы, возвратившиеся из места Х2 132 образца, обозначены ссылочными позициями 214. Аналогично, импульсы, возвращающиеся из мест образца Х3 134 и Х4 136, обозначены ссылочными позициями 216 и 218. Следует отметить, что образец 108 может иметь меньше или больше 4 мест, которые необходимо детектировать для распределенного измерения.[0028] FIG. 2 (a) -2 (h) show the interference of pulses from a reference arm, eg, reference arm 112 in FIG. 1, and a sample arm, such as a sample arm 114 in FIG. 1. In FIG. 2 (a) -2 (f), ordinate 202 represents the intensity of the optical pulses. In addition, in FIG. 2 (a) -2 (f) abscissa 204 represents time, in FIG. 2 (g) -2 (h), the abscissa 206 represents the pulse frequency and the ordinate 208 represents the amplitude of the pulses. In particular, FIG. 2 (a) represents the reference pulses (I R ) or pulses from the reference arm 112. At a certain point in time, the position of the reference device 110, such as the location of the time delay device along the direction 111, is selected such that one or more sample locations in a particular location (or depth) along the optical path. FIG. 2 (b) represents the pulses ( IS ) from the sample arm 114 that correspond to sample locations X1, X2, X3 and X4 shown in FIG. 1 by reference numerals 130, 132, 134 and 136, respectively. In particular, pulses that return after interacting with sample position X1 130 are indicated by reference numerals 212, and pulses returning from sample position X2 132 are indicated by reference numerals 214. Similarly, pulses returning from sample positions X3 134 and X4 136 are indicated reference numerals 216 and 218. It should be noted that the sample 108 may have less or more than 4 locations that need to be detected for distributed measurement.

[0029] Фиг. 2(c) представляет второе множество импульсов 210, которые поступают от второго сверхбыстрого лазерного источника 104. Фиг. 2(d) представляет собой объединенные импульсы от опорного устройства 110, образца 108 и импульсы от второго сверхбыстрого лазерного источника 104 в блоке 124 детектора. В частности, фиг. 2(d) представляет собой суммирование опорных импульсов (IR) от опорного плеча 112, второго множества импульсов от второго сверхбыстрого лазерного источника 104 и обрабатываемых или взаимодействующих импульсов от множества мест, таких как места X1, Х2, Х3, Х4 130-136 в образце 108; эти импульсы имеют возможность интерферировать. В одной форме осуществления изобретения блок 124 детектора сконфигурирован для выполнения нелинейных операций, чтобы получать сигнал интерферограммы (ID), как представлено ниже в уравнении (2):[0029] FIG. 2 (c) represents a second plurality of pulses 210 that are received from a second ultrafast laser source 104. FIG. 2 (d) represents the combined pulses from the reference device 110, sample 108, and pulses from the second ultrafast laser source 104 in the detector unit 124. In particular, FIG. 2 (d) is the summation of the reference pulses (I R ) from the reference arm 112, the second plurality of pulses from the second ultrafast laser source 104 and the processed or interacting pulses from multiple locations such as locations X1, X2, X3, X4 130-136 in sample 108; these impulses have the ability to interfere. In one embodiment, the detector unit 124 is configured to perform non-linear operations to obtain an interferogram signal (I D ) as shown in equation (2) below:

Figure 00000002
Figure 00000002

где ID обозначает сигнал интерферограммы, IR - опорные импульсы от опорного плеча, Is - импульсы от плеча с образцом, и IL - второе множество импульсов от второго сверхбыстрого лазерного источника 104.where I D is the interferogram signal, I R are the reference pulses from the reference arm, Is are the pulses from the sample arm, and I L is the second plurality of pulses from the second ultrafast laser source 104.

[0030] Перемножение импульсов из разных мест X1, Х2, Х3, Х4, 130-136 и импульсов (IR) от опорного плеча 112 заставляет сигналы, отличные от тех сигналов, которые имеют ту же самую длину пути, что и импульсы от опорного плеча 112, уменьшиться до нуля. Соответственно, как показано на фиг. 2(e), когда опора перемещается так, что длина пути опоры перекрывается с сигналами из X1 130, сигнал интерферограммы (ID) включает в себя интерферограмму сигнала из места X1 130 в образце 108. Аналогично генерируемые сигналы интерферограммы для Х2 132 показаны на фиг. 2(e). Кроме того, интерферограммы сигналов из других мест Х3 и Х4, 134 и 136, могут быть получены путем соответствующего регулировки опорного устройства 110, например, путем перемещения опорного зеркала.[0030] Multiplication of pulses from different locations X1, X2, X3, X4, 130-136 and pulses (I R) from the reference arm 112 causes the signals other than those signals that have the same path length as the pulses from the reference shoulder 112, decrease to zero. Accordingly, as shown in FIG. 2 (e), when the support is moved such that the length of the support path overlaps with the signals from X1 130, the interferogram signal ( ID ) includes an interferogram of the signal from location X1 130 in sample 108. Similarly generated interferogram signals for X2 132 are shown in FIG. ... 2 (e). In addition, signal interferograms from other locations X3 and X4, 134 and 136, may be obtained by adjusting the reference device 110 appropriately, such as by moving the reference mirror.

[0031] На фиг. 2(g)-2(h) показано преобразование Фурье сигналов интерферограммы, соответствующих положениям XI 130 и Х2 132. Соответственно, импульсы, обозначенные ссылочными позициями 230 и 232, представляют преобразования Фурье сигналов из положений XI и Х2 образца. Преобразования Фурье, такие как преобразования Фурье 230 и 232, используются для формирования профиля поглощения образца 108, соответствующего этим местам образца, как показано на фиг. 2(i). Уравнение (3) представляет профиль поглощения в месте Х2 как:[0031] FIG. 2 (g) -2 (h) show the Fourier transform of the interferogram signals corresponding to positions XI 130 and X2 132. Accordingly, the pulses indicated by reference numerals 230 and 232 represent the Fourier transforms of signals from the positions XI and X2 of the sample. Fourier transforms, such as Fourier transforms 230 and 232, are used to generate an absorption profile of the sample 108 corresponding to these locations in the sample, as shown in FIG. 2 (i). Equation (3) represents the absorption profile at X2 as:

Figure 00000003
Figure 00000003

где, A(z) обозначает абсолютное значение поглощения в месте z в образце и C(z) обозначает значение накопленного поглощения в месте z, и C(z-Δz) обозначает накопленное поглощение в месте z-Δz, где место z-Δz находится непосредственно перед местом n на пути оптических импульсов. Например, если z представляет место Х2, z-Δz может представлять место X1. Профиль поглощения, представленный на фиг. 2(i) содержит пик 244 и имеет абсциссу 240, которая представляет длину волны, и ординату 242, которая представляет значения поглощения. В некоторых формах осуществления изобретения высота, ширина и положение пика, такого как пик 244 в профиле поглощения, могут использоваться для измерения различных параметров, таких как температура, давление, концентрация, состав и тому подобное, но не ограничиваясь этим. В показанном примере высота 246 пика 244 представляет концентрацию конкретного вещества или концентрацию образца 108 в целом. Кроме того, ширина 248 и положение 250 пика 244 представляют соответственно температуру и давление образца 108 в этом конкретном месте. Распределенные измерения могут быть выполнены в нескольких местах в образце с пространственным разрешением, которое пропорционально длительности импульса ультрабыстрых лазерных источников 102 и 104.where, A (z) denotes the absolute value of the absorbance at the z-site in the sample and C (z) denotes the accumulated absorbance at the z-site, and C (z-Δz) denotes the accumulated absorbance at the z-Δz site where the z-Δz site is immediately in front of place n in the path of optical pulses. For example, if z represents site X2, z-Δz may represent site X1. The absorption profile shown in FIG. 2 (i) contains a peak 244 and has an abscissa 240, which represents the wavelength, and an ordinate 242, which represents the absorption values. In some embodiments, the height, width, and position of a peak, such as peak 244 in an absorption profile, can be used to measure various parameters such as, but not limited to, temperature, pressure, concentration, composition, and the like. In the example shown, the height 246 of peak 244 represents the concentration of a particular substance or the concentration of sample 108 as a whole. In addition, the width 248 and position 250 of peak 244 represent, respectively, the temperature and pressure of the sample 108 at that particular location. Distributed measurements can be performed at multiple locations in the sample with a spatial resolution that is proportional to the pulse width of ultrafast laser sources 102 and 104.

[0032] В некоторых формах осуществления система 100 сконфигурирована для измерений на коротких расстояниях в диапазоне от примерно 100 микрон до нескольких сантиметров и для измерений на больших расстояниях в диапазоне от примерно нескольких сантиметров до нескольких километров. Кроме того, в некоторых других формах осуществления система 100 является применимой примерно до c/fr лазера, где с - скорость света, a fr - частота повторения сверхбыстрого лазерного источника. В некоторых других формах осуществления системы и способы по настоящей заявке могут быть сконфигурированы для распределенных измерений на больших расстояниях, таких как нефте- и газопроводы.[0032] In some embodiments, system 100 is configured for short-range measurements in the range of about 100 microns to several centimeters and for long-range measurements in the range of about a few centimeters to several kilometers. Additionally, in some other embodiments, the system 100 is usable up to about c / fr of the laser, where c is the speed of light and fr is the repetition rate of the ultrafast laser source. In some other embodiments, the systems and methods of this application can be configured for distributed measurements over long distances, such as oil and gas pipelines.

[0033] Фиг. 3 иллюстрирует другой пример системы 300 для распределенных измерений множества мест в образце. Кроме того, система 300 сконфигурирована для измерений на больших расстояниях, таких как, применениях в скважине, пространственное профилирование газа, нефти, воды в скважинных системах, пространственные измерения концентрации газа в выхлопе газовой турбины, но не ограничиваясь этим, и мониторинга работоспособности покрытий, таких как термобарьерные покрытия на лопатках турбин, но не ограничиваясь ими. Система 300 содержит первый, второй и третий сверхбыстрые лазерные источники 302, 304 и 306, сконфигурированные для подачи первого, второго и третьего множества импульсов. В неограничивающем примере первый, второй и третий сверхбыстрые лазерные источники 302, 304 и 306 являются фемтосекундными лазерными источниками. В некоторых формах осуществления сверхбыстрые лазерные источники 302, 304 и 306 могут иметь функциональную связь с другими компонентами системы 300 через одно или несколько оптических волокон. В одной форме осуществления изобретения оптическое волокно может быть функционально связано с первым сверхбыстрым лазерным источником 302 так, что по меньшей мере часть первого множества импульсов проходит по меньшей мере через часть оптического волокна.[0033] FIG. 3 illustrates another example of a system 300 for distributed measurements of multiple locations in a sample. In addition, the system 300 is configured for long-range measurements, such as downhole applications, spatial profiling of gas, oil, water in downhole systems, spatial measurement of gas concentration in the exhaust of a gas turbine, and monitoring the health of coatings such as, but not limited to, thermal barrier coatings on turbine blades. System 300 includes first, second, and third ultrafast laser sources 302, 304, and 306 configured to deliver a first, second, and third plurality of pulses. In a non-limiting example, the first, second and third ultrafast laser sources 302, 304 and 306 are femtosecond laser sources. In some embodiments, ultrafast laser sources 302, 304, and 306 may be operatively coupled to other components of system 300 through one or more optical fibers. In one embodiment, the optical fiber may be operatively coupled to the first ultrafast laser source 302 such that at least a portion of the first plurality of pulses pass through at least a portion of the optical fiber.

[0034] Кроме того, сверхбыстрые лазерные источники 302 и 306 функционально связаны с генератором 308 опорных синхроимпульсов для синхронизации двух источников 302 и 306 относительно друг друга. Кроме того, опорное устройство, такое как генератор 310 задержки по фазе, соединено с одним из первого и третьего сверхбыстрых лазерных источников 302 и 306. В рассматриваемом в настоящее время примере, где генератор 310 задержки по фазе связан с третьим сверхбыстрым лазерным источником 306, задержка по фазе, вводимая генератором 310 задержки по фазе в третье множество импульсов третьего сверхбыстрого лазерного источника 306, в свою очередь, вводит задержку по фазе в генераторе 308 опорных синхроимпульсов. Кроме того, задержка по фазе, введенная в третьем множестве импульсов генератором 310 задержки по фазе, приводит к временной задержке, вводимой в третьем множестве импульсов по отношению к первому множеству импульсов от первого сверхбыстрого лазерного источника 302. Третий сверхбыстрый лазерный источник 306 вместе с генератором 308 опорных синхроимпульсов действует как опорное плечо для подачи опорных импульсов.[0034] In addition, ultrafast laser sources 302 and 306 are operatively coupled to a clock reference generator 308 to synchronize the two sources 302 and 306 with respect to each other. In addition, a reference device, such as a phase delay generator 310, is coupled to one of the first and third ultrafast laser sources 302 and 306. In the current example where the phase delay generator 310 is coupled to the third ultrafast laser source 306, the delay phase input by the phase delay generator 310 into the third plurality of pulses of the third ultrafast laser source 306 in turn introduces a phase delay into the reference clock generator 308. In addition, the phase delay introduced in the third plurality of pulses by the phase delay generator 310 results in a time delay introduced in the third plurality of pulses with respect to the first plurality of pulses from the first ultrafast laser source 302. The third ultrafast laser source 306 in conjunction with the generator 308 the reference sync pulse acts as a reference arm for sending reference pulses.

[0035] При работе первое множество импульсов от первого сверхбыстрого лазерного источника 302 пропускается через циркулятор 312, и часть 315 из первого множества импульсов, которые пропускаются через циркулятор 312, используется для опроса образца 314. Коллиматор 316 используется для коллимирования импульсов 315, проходящих через циркулятор 312 к образцу 314. Различные места образца в направлении 326 импульсов от коллиматора 316 обозначены как XI 318, Х2 320, ХЗ 322 и Х4 324. После взаимодействия с образцом 314 взаимодействующие импульсы объединяются с третьим множеством импульсов с использованием объединителя 328. Объединенные импульсы затем дополнительно объединяются со вторым множеством импульсов от второго сверхбыстрого лазерного источника 304 с использованием другого объединителя 330 для формирования результирующих импульсов. Частоты повторения первого и третьего сверхбыстрых лазерных источников 302 и 306 одинаковы. Кроме того, частоты повторения первого и третьего сверхбыстрых лазерных источников 302 и 306 относительно отличаются от частоты повторения второго источника 304.[0035] In operation, the first plurality of pulses from the first ultrafast laser source 302 are passed through the circulator 312, and a portion 315 of the first plurality of pulses that are passed through the circulator 312 is used to interrogate the sample 314. The collimator 316 is used to collimate the pulses 315 passing through the circulator 312 to sample 314. Various sample locations in the direction 326 of pulses from collimator 316 are designated XI 318, X2 320, X3 322 and X4 324. After interacting with sample 314, the interacting pulses are combined with a third set of pulses using a combiner 328. The combined pulses are then additionally are combined with the second plurality of pulses from the second ultrafast laser source 304 using another combiner 330 to generate the resulting pulses. The repetition rates of the first and third ultrafast laser sources 302 and 306 are the same. In addition, the repetition rates of the first and third ultrafast laser sources 302 and 306 are relatively different from the repetition rate of the second source 304.

[0036] Результирующие импульсы детектируются блоком 332 детектора и обрабатываются с использованием блока 334 обработки данных. Результаты, такие как показанные на фиг. 2(a)-2(i), могут отображаться на дисплее 336, таком как монитор, сенсорный экран и тому подобное.[0036] The resulting pulses are detected by the detector unit 332 and processed using the data processing unit 334. Results such as those shown in FIG. 2 (a) -2 (i) may be displayed on a display 336 such as a monitor, a touch screen, and the like.

[0037] Фиг. 4 иллюстрирует примерную блок-схему 400 последовательности операций для способа распределенного измерения во множестве мест в образце, чтобы определять один или несколько параметров образца. На этапе 402 способ начинается с подачи первого множества импульсов в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей и гребенки частот, имеющих первую частоту повторения. На этапе 404 часть первого множества импульсов имеет возможность взаимодействовать во множестве мест в образце для получения обработанных импульсов. На этапе 406 переменная временная задержка, переменная задержка по фазе, переменная разность хода или их комбинации вводятся в другую часть первого множества импульсов, чтобы формировать опорные импульсы. На этапе 408 подается второе множество импульсов в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей, и гребенка частот, имеющих вторую частоту повторения. Вторая частота повторения отличается от первой частоты повторения.[0037] FIG. 4 illustrates an example flowchart 400 of a method for distributed measurement at multiple locations in a sample to determine one or more sample parameters. At 402, the method begins with a first plurality of pulses in a picosecond or shorter time range and a comb of frequencies having a first repetition rate. At 404, a portion of the first plurality of pulses is able to interact at multiple locations in the sample to obtain processed pulses. In step 406, a variable time delay, a variable phase delay, a variable path difference, or combinations thereof, are input to another portion of the first plurality of pulses to generate reference pulses. At 408, a second plurality of pulses in a picosecond or shorter time range and a comb of frequencies are provided having a second repetition rate. The second repetition rate is different from the first repetition rate.

[0038] На этапе 410 по меньшей мере часть обработанных импульсов от первого сверхбыстрого лазерного источника, второе множество импульсов от второго сверхбыстрого лазерного источника и опорные импульсы детектируются детектором. В блоке 412 детектируемые импульсы обрабатываются, чтобы выполнить измерения одного или нескольких параметров для множества мест в образце.[0038] In step 410, at least a portion of the processed pulses from the first ultrafast laser source, the second plurality of pulses from the second ultrafast laser source, and the reference pulses are detected by the detector. At block 412, the detected pulses are processed to perform measurements of one or more parameters for multiple locations in the sample.

[0039] В некоторых формах осуществления изобретения также может быть предусмотрено третье множество импульсов. В этих формах осуществления изобретения временная задержка, задержка по фазе или разность хода могут вводиться в одно из первого или третьего множества импульсов. Кроме того, первое и третье множества импульсов могут быть синхронизированы. Кроме того, обрабатываемые импульсы могут объединяться с третьим множеством импульсов.[0039] In some embodiments, a third plurality of pulses may also be provided. In these embodiments of the invention, a time delay, phase delay, or path difference may be introduced into one of the first or third plurality of pulses. In addition, the first and third sets of pulses can be synchronized. In addition, the pulses to be processed can be combined with a third plurality of pulses.

[0040] Системы 100 и 300 по фиг. 1 и 3 и способы по фиг. 2(a)-2(i) и фиг. 4 сконфигурированы для определения многих веществ. В качестве примера, при опросе газообразного образца различные газы, присутствующие в газообразном образце, могут обнаруживаться с использованием систем и способов настоящей заявки. Системы и способы согласно настоящей заявке обеспечивают высокое разрешение и более быстрое измерение. Зондирование с высоким разрешением позволяет идентифицировать несколько материалов одновременно. Кроме того, системы и способы настоящей заявки обеспечивают полный оптический спектр для определения множества параметров, вместо того, чтобы измерять эти параметры индивидуально. Кроме того, широкополосное и когерентное выходное излучение гребенок частот также обеспечивает высокие отношения сигнал/шум. Также короткие длительности импульсов сверхбыстрых лазеров обеспечивают высокое пространственное разрешение.[0040] Systems 100 and 300 of FIG. 1 and 3 and the methods of FIG. 2 (a) -2 (i) and FIG. 4 are configured to detect many substances. As an example, when interrogating a gaseous sample, various gases present in the gaseous sample can be detected using the systems and methods of this application. The systems and methods of this application provide high resolution and faster measurement. High-resolution probing allows multiple materials to be identified simultaneously. In addition, the systems and methods of this application provide a full optical spectrum for determining a variety of parameters, rather than having to measure these parameters individually. In addition, the broadband and coherent output of the frequency combs also provides high signal-to-noise ratios. Also, the short pulse durations of ultrafast lasers provide high spatial resolution.

[0041] Хотя только некоторые признаки изобретения были проиллюстрированы и описаны в данном документе, специалистами в данной области техники могут быть предложены множество модификаций и изменений. Следовательно, следует понимать, что прилагаемая формула изобретения предназначена для охвата всех таких модификаций и изменений, которые входят в объем изобретения.[0041] Although only a few features of the invention have been illustrated and described herein, many modifications and variations can be suggested by those skilled in the art. Therefore, it should be understood that the appended claims are intended to cover all such modifications and variations that fall within the scope of the invention.

Claims (33)

1. Система (100) для опроса одного или нескольких параметров во множестве мест в образце (108), содержащая:1. A system (100) for polling one or more parameters at multiple locations in a sample (108), comprising: первый сверхбыстрый лазерный источник (102), сконфигурированный для подачи первого множества импульсов в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей, причем первый сверхбыстрый лазерный источник (102) сконфигурирован для подачи гребенки частот, имеющих первую частоту повторения, при этом первое множество импульсов взаимодействует с образцом (108) во множестве мест в образце (108) для получения обработанных импульсов;a first ultrafast laser source (102) configured to deliver a first plurality of pulses in a picosecond time range or a range of shorter durations, the first ultrafast laser source (102) configured to supply a comb of frequencies having a first repetition rate, the first plurality of pulses interacting with a sample (108) at a plurality of locations in the sample (108) to obtain processed pulses; второй сверхбыстрый лазерный источник (104), сконфигурированный для подачи второго множества импульсов в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей, причем второй сверхбыстрый лазерный источник (104) сконфигурирован для подачи гребенки частот, имеющих вторую частоту повторения, которая отличается от первой частоты повторения;a second ultrafast laser source (104) configured to deliver a second plurality of pulses in a picosecond or shorter time range, the second ultrafast laser source (104) configured to supply a comb of frequencies having a second repetition rate that is different from the first repetition rate; опорное устройство (110), выполненное с возможностью подачи опорных импульсов, имеющих переменную временную задержку, переменную задержку по фазе, переменную разность хода, или их комбинаций;a reference device (110) configured to supply reference pulses having a variable time delay, a variable phase delay, a variable path difference, or combinations thereof; блок (124) детектора, сконфигурированный для детектирования по меньшей мере части обработанных импульсов от первого сверхбыстрого лазерного источника (102), второго множества импульсов от второго сверхбыстрого лазерного источника (104) и опорных импульсов; иa detector unit (124), configured to detect at least a portion of the processed pulses from the first ultrafast laser source (102), a second plurality of pulses from the second ultrafast laser source (104), and reference pulses; and блок (128) обработки данных, сконфигурированный для обработки детектируемых импульсов и выполнения измерений одного или нескольких параметров для множества мест в образце (108).a data processing unit (128), configured to process the detected pulses and perform measurements of one or more parameters for multiple locations in the sample (108). 2. Система (100) по п. 1, в которой первый сверхбыстрый лазерный источник, второй сверхбыстрый лазерный источник или они оба выполнены в виде фемтосекундного лазерного источника.2. System (100) according to claim 1, wherein the first ultrafast laser source, the second ultrafast laser source, or both are made in the form of a femtosecond laser source. 3. Система (100) по п. 1, в которой опорное устройство (110) выполнено в виде устройства задержки по времени, генератора разности фаз, или генератора разности хода, или их комбинации.3. The system (100) of claim. 1, in which the reference device (110) is made in the form of a time delay device, a phase difference generator, or a path difference generator, or a combination thereof. 4. Система (100) по п. 3, в которой устройство временной задержки является зеркалом.4. The system (100) of claim 3, wherein the time delay device is a mirror. 5. Система (100) по п. 1, дополнительно содержащая третий сверхбыстрый лазерный источник (306), сконфигурированный для подачи третьего множества импульсов.5. The system (100) of claim 1, further comprising a third ultrafast laser source (306) configured to deliver a third plurality of pulses. 6. Система (100) по п. 5, дополнительно содержащая генератор (308) опорных синхроимпульсов, функционально связанный с первым и третьим сверхбыстрыми лазерными источниками (302, 306) для синхронизации первого и третьего сверхбыстрых источников.6. System (100) according to claim 5, further comprising a reference clock generator (308) operatively associated with the first and third ultrafast laser sources (302, 306) to synchronize the first and third ultrafast sources. 7. Система (100) по п. 6, дополнительно содержащая генератор разности фаз, функционально связанный с третьим сверхбыстрым лазерным источником (306).7. System (100) according to claim 6, further comprising a phase difference generator operatively coupled to the third ultrafast laser source (306). 8. Система (100) по п. 5, дополнительно содержащая циркулятор (312), функционально связанный с первым сверхбыстрым лазерным источником (102), для направления по меньшей мере части взаимодействующих импульсов так, что взаимодействующие импульсы объединяются с третьим множеством импульсов.8. The system (100) of claim 5, further comprising a circulator (312) operatively coupled to the first ultrafast laser source (102) for directing at least a portion of the interacting pulses such that the interacting pulses are combined with the third plurality of pulses. 9. Система (100) по п. 1, дополнительно содержащая оптическое волокно, функционально связанное с первым сверхбыстрым лазерным источником (102) так, что по меньшей мере часть первого множества импульсов проходит по меньшей мере через часть оптического волокна.9. The system (100) of claim 1, further comprising an optical fiber operably coupled to the first ultrafast laser source (102) such that at least a portion of the first plurality of pulses pass through at least a portion of the optical fiber. 10. Система (100) по п. 1, дополнительно содержащая оптическое волокно, функционально связанное со вторым сверхбыстрым лазерным источником (104) так, что по меньшей мере часть второго множества импульсов проходит по меньшей мере через часть оптического волокна.10. The system (100) of claim 1, further comprising an optical fiber operatively coupled to the second ultrafast laser source (104) such that at least a portion of the second plurality of pulses pass through at least a portion of the optical fiber. 11. Система (100) по п. 1, в которой опорное устройство (110) выполнено в виде жидкокристаллического устройства, микроматрицы, микроэлектромеханической системы (MEMS) или оптической структуры, которая сконфигурирована для введения временной задержки, задержки по фазе или разности оптических длин путей.11. The system (100) of claim 1, wherein the support device (110) is made in the form of a liquid crystal device, a microarray, a microelectromechanical system (MEMS), or an optical structure that is configured to introduce a time delay, phase delay, or optical path length difference ... 12. Система (100) для опроса одного или нескольких параметров во множестве мест в образце (108), содержащая:12. System (100) for polling one or more parameters at multiple locations in the sample (108), comprising: первый фемтосекундный лазерный источник (102), сконфигурированный для подачи первого множества импульсов в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей, причем первый фемтосекундный лазерный источник (102) сконфигурирован для подачи гребенки частот, имеющих первую частоту повторения; при этом первое множество импульсов взаимодействует с образцом (108) во множестве мест в образце (108) для получения обработанных импульсов;a first femtosecond laser source (102) configured to supply a first plurality of pulses in a picosecond time range or a range of shorter durations, the first femtosecond laser source (102) configured to supply a comb of frequencies having a first repetition rate; wherein the first plurality of pulses interact with the sample (108) at multiple locations in the sample (108) to obtain processed pulses; второй фемтосекундный лазерный источник (104), сконфигурированный для подачи второго множества импульсов в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей, причем второй фемтосекундный лазерный источник (104) сконфигурирован для подачи гребенки частот, имеющих вторую частоту повторения, которая отличается от первой частоты повторения;a second femtosecond laser source (104) configured to deliver a second plurality of pulses in a picosecond or shorter time range, the second femtosecond laser source (104) configured to supply a comb of frequencies having a second repetition rate that is different from the first repetition rate; опорное устройство (110), выполненное с возможностью подачи опорных импульсов, имеющих переменную временную задержку, переменную задержку по фазе, переменную разность хода, или их комбинаций;a reference device (110) configured to supply reference pulses having a variable time delay, a variable phase delay, a variable path difference, or combinations thereof; блок детектора (124), сконфигурированный для детектирования по меньшей мере части обработанных импульсов от первого фемтосекундного лазерного источника (102), второго множества импульсов от второго фемтосекундного лазерного источника (104) и опорных импульсов; иa detector unit (124) configured to detect at least a portion of the processed pulses from the first femtosecond laser source (102), a second plurality of pulses from the second femtosecond laser source (104), and reference pulses; and блок (128) обработки данных, сконфигурированный для обработки детектируемых импульсов и выполнения измерений одного или нескольких параметров для множества мест в образце.a data processing unit (128), configured to process the detected pulses and perform measurements of one or more parameters for multiple locations in the sample. 13. Система (100) по п. 12, дополнительно содержащая третий фемтосекундный лазерный источник.13. The system (100) of claim 12, further comprising a third femtosecond laser source. 14. Система (100) по п. 12, в которой опорное устройство (110) функционально связано с первым фемтосекундным лазерным источником.14. The system (100) of claim 12, wherein the reference device (110) is operatively coupled to the first femtosecond laser source. 15. Система (100) по п. 12, дополнительно содержащая коллиматор, расположенный между первым фемтосекундным лазерным источником и по меньшей мере частью образца.15. System (100) according to claim 12, further comprising a collimator located between the first femtosecond laser source and at least part of the sample. 16. Система (100) по п. 12, дополнительно содержащая оптическое волокно, функционально связанное с первым фемтосекундным лазерным источником так, что по меньшей мере часть первого множества импульсов проходит по меньшей мере через часть оптического волокна.16. The system (100) of claim 12, further comprising an optical fiber operably coupled to the first femtosecond laser source such that at least a portion of the first plurality of pulses pass through at least a portion of the optical fiber. 17. Способ (400) опроса одного или нескольких параметров во множестве мест в образце, включающий:17. A method (400) for polling one or more parameters at multiple locations in a sample, comprising: подачу первого множества импульсов в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей, причем первое множество импульсов имеет первую частоту (402) повторения;supplying a first plurality of pulses in a picosecond time range or a range of shorter durations, the first plurality of pulses having a first repetition rate (402); взаимодействие части первого множества импульсов во множестве мест в образце для получения обработанных импульсов (404);interacting a portion of the first plurality of pulses at multiple locations in the sample to obtain processed pulses (404); введение переменной временной задержки, переменной задержки по фазе, переменной разности хода или их комбинаций в другую часть первого множества импульсов для получения опорных импульсов (406);introducing a variable time delay, variable phase delay, variable path difference, or combinations thereof into another part of the first set of pulses to obtain reference pulses (406); подачу второго множества импульсов в пикосекундном временном диапазоне или диапазоне более коротких длительностей, причем второе множество импульсов имеет вторую частоту повторения, которая отличается от первой частоты повторения (408);supplying a second plurality of pulses in a picosecond time range or a range of shorter durations, the second plurality of pulses having a second repetition rate that is different from the first repetition rate (408); детектирование по меньшей мере части обработанных импульсов от первого сверхбыстрого лазерного источника, второго множества импульсов от второго сверхбыстрого лазерного источника и опорных импульсов (410) иdetecting at least a portion of the processed pulses from the first ultrafast laser source, the second plurality of pulses from the second ultrafast laser source, and reference pulses (410) and обработку детектируемых импульсов для выполнения измерений одного или нескольких параметров для множества мест в образце (412).processing detected pulses to perform measurements of one or more parameters for multiple locations in the sample (412).
RU2018145350A 2016-06-30 2017-06-30 Systems and methods of polling parameters in multiple places in a sample RU2729950C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IN201641022596 2016-06-30
IN201641022596 2016-06-30
PCT/US2017/040325 WO2018005987A1 (en) 2016-06-30 2017-06-30 Systems and methods for interrogating parameters at a plurality of locations in a sample

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018145350A RU2018145350A (en) 2020-07-30
RU2018145350A3 RU2018145350A3 (en) 2020-07-30
RU2729950C2 true RU2729950C2 (en) 2020-08-13

Family

ID=59363241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018145350A RU2729950C2 (en) 2016-06-30 2017-06-30 Systems and methods of polling parameters in multiple places in a sample

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3479099A1 (en)
CN (1) CN109328300A (en)
CA (1) CA3028758A1 (en)
RU (1) RU2729950C2 (en)
WO (1) WO2018005987A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022116927A1 (en) 2022-07-07 2024-01-18 Trumpf Laser Gmbh Laser processing machine with frequency comb-based distance sensor and associated method with frequency comb-based distance measurement

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5814820A (en) * 1996-02-09 1998-09-29 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Pump probe cross correlation fluorescence frequency domain microscope and microscopy
WO2006088841A1 (en) * 2005-02-14 2006-08-24 Board Of Trustees Of Michigan State University Ultra-fast laser system
RU2384835C1 (en) * 2008-12-15 2010-03-20 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук Ellipsometre
US20150062586A1 (en) * 2013-08-30 2015-03-05 Agilent Technologies, Inc. System for performing optical spectroscopy including interferometer

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5984351B2 (en) * 2011-09-14 2016-09-06 キヤノン株式会社 Measuring device
CN104316186B (en) * 2014-07-07 2016-08-24 华东师范大学 A kind of spectral measurement method of optically-based frequency comb
CN104316180B (en) * 2014-11-02 2016-06-01 华东师范大学 Based on two optical frequency com optical imaging methods of continuous Frequency Stabilized Lasers
US20160153835A1 (en) * 2014-12-02 2016-06-02 Imra America, Inc. Comb resolved fourier transform spectroscopy
CN105548036B (en) * 2015-12-08 2018-04-06 上海理工大学 A kind of adaptive double light comb spectroscopic systems

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5814820A (en) * 1996-02-09 1998-09-29 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Pump probe cross correlation fluorescence frequency domain microscope and microscopy
WO2006088841A1 (en) * 2005-02-14 2006-08-24 Board Of Trustees Of Michigan State University Ultra-fast laser system
RU2384835C1 (en) * 2008-12-15 2010-03-20 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук Ellipsometre
US20150062586A1 (en) * 2013-08-30 2015-03-05 Agilent Technologies, Inc. System for performing optical spectroscopy including interferometer

Also Published As

Publication number Publication date
WO2018005987A1 (en) 2018-01-04
RU2018145350A (en) 2020-07-30
WO2018005987A8 (en) 2019-03-14
EP3479099A1 (en) 2019-05-08
RU2018145350A3 (en) 2020-07-30
CA3028758A1 (en) 2018-01-04
CN109328300A (en) 2019-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6552983B2 (en) Brillouin scattering measurement method and Brillouin scattering measurement apparatus
Bao et al. Recent development in the distributed fiber optic acoustic and ultrasonic detection
Hartog et al. The optics of distributed vibration sensing
US9702975B2 (en) Lidar measuring system and lidar measuring method
CN110646805B (en) Frequency modulation continuous wave laser ranging system based on virtual sweep frequency light source
EP2606311B1 (en) Apparatus and method for measuring distance
US5359410A (en) Complete diagnostics of ultrashort pulses without nonlinear process
CN110470376B (en) Interference distributed optical fiber acoustic sensing device and sensing method thereof
BR112012007192B1 (en) DISTRIBUTED ACOUSTIC DETECTION METHOD AND SYSTEM
WO2010009007A1 (en) Frequency-scanned optical time domain reflectometry
EP3104165B1 (en) Terahertz wave phase difference measurement device
CN104390935A (en) Device and method for testing nonlinear polarization coefficient and absorption coefficient at terahertz band
CN110274880A (en) A kind of optical spectrum detecting method and system of high-precision spatial resolution
JP2019020143A (en) Optical fiber vibration detection sensor and method therefor
JP2017116423A (en) Optical fiber characteristic measurement device and optical fiber characteristic measurement method
RU2729950C2 (en) Systems and methods of polling parameters in multiple places in a sample
RU2532562C1 (en) Distributed sensor of acoustic and vibration actions
JP2019052938A (en) Light reflection measuring device and method therefor
CN107764197B (en) A kind of optical system axial direction parameter measuring apparatus and method
CN112767802B (en) Low-coherence light source interference experiment teaching demonstration device for simultaneous measurement of time domain and spectrum
Nissim et al. Free-surface velocity measurements of opaque materials in laser-driven shock-wave experiments using photonic Doppler velocimetry
CN109031341B (en) Object movement speed measuring method using continuous frequency modulation laser radar device
Bengalskii et al. Effect of strong local stretching of sensing fibre on the operation of a phase-sensitive optical time-domain reflectometer
JP2013007571A (en) Laser beam coherence function measuring method and measuring apparatus
CN106705863B (en) A method of improving the full test distance of probe beam deflation instrument