Applicazione di laser in fibra da 1550 nm

Laser in fibra da 1550 nmè un laser a infrarossi medio basato sulla fibra drogata con erbio (EDF) o ER/YB co-drogato con fibra co-drogata) . perché la sua lunghezza d'onda è nella gamba di 1550 nm e si abbina altamente la finestra di perdita più bassa (~ 0 .} 2 db/km) di gambe di quartz, in gambo di 1550 nM, in una finestra di perdita più bassa (~ 0 .} 2 db/km) di quartz in fibra di quartz, whadoely in sequestro in mezzano in piedi in piedi in piedi in piedi in piedi da OP. Comunicazioni, lidar, cure mediche, elaborazione industriale e difesa nazionale.

Negli ultimi anni, con lo sviluppo rapido della tecnologia dei laser a fibra, i laser a 1550 nm hanno fatto significativi progressi in potenza, qualità del fascio e sintonizzabilità. Questo articolo introduce sistematicamente i principi tecnici e i vantaggi principali dei laser a fibra a 1550 nm e discute in dettaglio le loro applicazioni specifiche in vari settori. Infine, si prospettano le tendenze di sviluppo future.

Principi tecnici e vantaggi di laser in fibra da 1550 nm
1. Principio di lavoro
I laser in fibra 1550 nm di solito usano la fibra drogata con erbio come mezzo di guadagno e 980 nm o 1480 nm diodi laser (LDS) come sorgenti di pompa Può essere semplificato come segue:

Stato di terra (⁴i₁₅/₂) → stato eccitato (⁴i₁₃/₂): i fotoni 1550 nm sono generati attraverso transizioni non radiative .

Nelle fibre co-drogate Erbium-Ytterbium, gli ioni yttebium (yb³⁺) possono migliorare l'efficienza di assorbimento della pompa e aumentare la potenza di uscita laser .

2. Vantaggi tecnici

Rispetto ad altri laser a lunghezza d'onda (come 1064 nm, laser CO₂ 10,6 μm), i laser in fibra da 1550 nm hanno i seguenti vantaggi:

Sicurezza degli occhi

Il fattore di rischio retinico (MPE, esposizione massima ammissibile) dei laser da 1550 nm è molto più basso di quello dei laser visibili di luce e vicino a infrarossi (come 1064 nm), rendendolo più sicuro in ambienti aperti (come lidar, applicazioni militari) .}

Bassa perdita di trasmissione in fibra

1550 nm si trova nella terza finestra di trasmissione di Quartz Fiber (C banda, 1530-1565 nm), con una perdita di solo circa 0 . 2 dB/km, adatto per le comunicazioni ottiche a lunga distanza.

Alta qualità e stabilità del raggio

La struttura della guida d'onda del laser in fibra gli conferisce una qualità del raggio vicino al limite di diffrazione (m²≈1), che è adatto per la lavorazione di precisione e il rilevamento ottico .

Sundabilità e larghezza di linea stretta

Attraverso Fiber Bragg Grating (FBG) o filtro sintonizzabile, Tuning a lunghezza d'onda (come 1520-1620 nm) e l'output a larghezza di linea stretta di KHZ può essere raggiunto, che è adatto per la comunicazione ottica coerente e la spettroscopia laser .}

Scalabilità ad alta potenza

Utilizzando la struttura dell'amplificatore di potenza dell'oscillatore principale (MOPA), il laser in fibra da 1550 nm può raggiungere l'output a livello WATT a livello Kilowatt, soddisfacendo le esigenze di taglio industriale, lidar, ecc. .

Principali applicazioni di laser in fibra da 1550 nm
1. comunicazione in fibra ottica e trasmissione dei dati
1550 nm è la lunghezza d'onda principale della comunicazione ottica e le sue applicazioni principali includono:

(1) Comunicazione in fibra ottica a lunga distanza
Le caratteristiche a bassa perdita dei laser da 1550 nm lo rendono la fonte di luce preferita per i cavi ottici sottomarini e le comunicazioni intercontinentali ., ad esempio, il sistema di cavo ottico sottomarino trans-pacifico utilizza principalmente più di 100 capacità di cambio ondulato Tbps .

(2) Multiplexing della divisione lunghezza d'onda densa (DWDM)
Nei data center e nelle reti 5G, la tecnologia DWDM utilizza più canali di lunghezza d'onda (come canali 40/80/160) vicino a 1550 nm per ottenere la trasmissione di dati ad alta velocità e migliorare l'utilizzo della larghezza di banda in fibra .

(3) comunicazione ottica coerente
Lucione di linea stretta 1550 nm laser (larghezza di linea<100 kHz) combined with high-order modulation formats (such as QPSK, 16-QAM) can achieve a single-wavelength transmission rate of more than 100 Gbps, and are widely used in backbone networks and metropolitan area networks.

2. lidar e telerilevamento
(1) Lidar di guida autonoma
Rispetto a 905 nm Lidar, il lidar da 1550 nm ha una penetrazione atmosferica più forte e la sicurezza degli occhi, ed è diventata la scelta mainstream per la guida autonoma di fascia alta (come waymo e luminar) . Ad esempio, l'iris lidar di Luminar usa un laser in fibra di 1550 nm con una distanza di rilevamento di una distanza di rilevamento fino a 250 meters {} {}}.

(2) Remoto atmosferico e monitoraggio meteorologico
Assorbimento differenziale LIDAR (quadrante) utilizza laser da 1550 nm per rilevare le concentrazioni di vapore acqueo (H₂O) e anidride carbonica (CO₂) nell'atmosfera per la ricerca climatica e il monitoraggio dell'inquinamento .

3. medico e bio-imaging
(1) Trattamento della bellezza e della pelle laser
1550 nm i laser frazionari non ablativi (come Fraxel) possono stimolare la rigenerazione del collagene e sono utilizzati per applicazioni cosmetiche come la rimozione delle rughe e la riparazione della cicatrice .

Nel trattamento vascolare, i laser da 1550 nm possono riscaldare selettivamente l'emoglobina per il trattamento chiuso di vene di ragno e vene varicose .

(2) Tomografia a coerenza ottica (OCT)
I sistemi OCT da 1550 nm (come OCT oftalmic) hanno una profondità di penetrazione dei tessuti più profonda (~ 2 mm) e possono essere utilizzati per la diagnosi precoce delle malattie della retina e per il glaucoma .

4. elaborazione e rilevamento industriali
(1) Elaborazione del materiale di precisione
I laser da 1550 nm sono adatti per il taglio fine e la marcatura di materie plastiche e polimeri e sono ampiamente utilizzati nella confezione elettronica e nella produzione di circuiti flessibili .

(2) Sensimento in fibra ottica
I sensori da 1550 nm basati su reticoli di Bragg in fibra (FBG) possono essere utilizzati per monitorare le variazioni di deformazione e la temperatura in strutture come ponti, aeromobili e oleodotti per raggiungere il monitoraggio della salute strutturale (SHM) .

5. Difesa e sicurezza
(1) Comunicazione ottica dello spazio libero (FSO)
Le caratteristiche anti-interferenza e bassa probabilità di intercetta (LPI) del laser da 1550 nm lo rendono una scelta ideale per le comunicazioni riservate militari .

(2) contromisure a infrarossi e accecamento laser
Il laser da 1550 nm ad alta potenza può essere usato per interferire con missili guidati a infrarossi o come arma abbagliante laser non letale .

Tendenze di sviluppo future
Laser a fibra ultraveloce
I laser Femtosecond da 1550 nm hanno ampie prospettive di applicazione in ottica non lineare (come la generazione di terahertz) e l'elaborazione micro-nano .
Integrazione fotonica e fotonica del silicio
I chip laser da 1550 nm basati sulla fotonica del silicio possono ridurre il costo dei moduli di comunicazione ottica e promuovere lo sviluppo dell'interconnessione ottica nei data center .
Comunicazione e calcolo quantistico
Le fonti di fotoni singoli da 1550 nm hanno un grande valore nella distribuzione della chiave quantistica (QKD) e nel calcolo quantico ottico .

I laser in fibra 1550 nm sono diventati tecnologie chiave nelle comunicazioni ottiche, nei campi LIDAR, medici e di difesa a causa dei loro vantaggi come la sicurezza degli occhi, la bassa perdita e la qualità del raggio ad alto raggio . in futuro, con lo sviluppo di laser Ultrafast, il promozione di Laser Ultrafast Continua -INTEROUSUUC Industria .

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