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单频激光器在诸多领域发挥重要作用
发布人:新特光电 时间:2020-01-04 关注:

自1960年首台红宝石激光器问世以来,激光技术经历了多次变革,目前已成为覆盖工业加工、通信、医疗、军事等多个领域的重要技术。而近年来最为人熟知的便是光纤激光器。

光纤激光器市场概况

众所周知,按工作介质不同,可将激光器分为固体激光器、气体激光器、染料激光器、半导体激光器、光纤激光器和自由电子激光器6种。与其他激光器相比,光纤激光器拥有结构简单、转换效率高、光束质量好、维护成本低、散热性能好等优点,因此,目前光纤激光器已经成为金属切割、焊接等传统工业制造领域的主流光源。

尽管光纤激光器是当前激光器市场里的最大玩家,但近年来中国光纤激光器市场同质化竞争严重,寻找差异化优势成了各企业重视的课题。我们今天要讨论的主角,便是除了具有激光本身良好的单色性和方向性外,还有着普通激光器难以达到的长相干长度、窄谱线宽度优点的单频光纤激光器。

何为单频光纤激光器?

所谓单频激光器,即单纵模激光器,是一种基于半导体激光器泵浦,稀土掺杂光纤作为增益介质,结合相对复杂的控制技术的高精密单纵模超窄线宽激光光源。这种激光器能提供低的相位噪声和相对强度噪声,极窄的频谱线宽和长相干长度。

单频光纤激光器最早出现于20世纪90年代,经过近30年的发展已取得了长足进步。与材料加工领域用的高功率光纤激光器不同,这种位于光纤激光市场另一赛道上的单频激光器,因其独特的性质和特点,有着截然不同的应用场景。

由于单频激光器线宽窄、噪声低,这意味着它对高精密的震动较为敏感,且较长的相干长度确保了长距离传感的精度,因此单频激光器在高精度/高灵敏度/远距离传感系统、下一代通信技术、相干技术、遥感技术、相干激光雷达等多个领域有着突出优势。

单频激光器四大关键性能指标

单频光纤激光器的主要性能指标包括相位噪声、相对强度噪声(RIN)、线宽、波长稳定性和频率漂移。

所谓相位噪声,即单频激光器所发激光的频谱谱线不再是单一的线条,而是有一定的宽度,这个宽度的大小即反映单频激光器相位噪声的高低。相位噪声的具体表现为:以观测点为基准,光波随着时间变化在相位上随机起伏或延迟。相位噪声是衡量单频激光器最重要的参数之一,对单频激光的线宽有着重要影响。

相对强度噪声是指激光器的输出平均功率和某个频率下的噪声的比值。在实际应用中,单频激光器的相对强度噪声往往会作为重要的噪声源,影响相干探测系统(如连续工作的相干多普勒测风激光雷达、相位敏感型OTDR系统解调系统)的本底噪声水平。

单频激光器的线宽是一种频域的概念,可以理解为频谱的谱线宽度。从单频激光器的相位噪声描述中可以得出,相位噪声能够直观反映单频激光器的线宽。对单频激光器的线宽测试通常通过延时自外差非平衡M-Z干涉仪的方式进行,其线宽测试和积分时间(或者说延时光纤长度)相关。

吉利彩票计划 波长稳定性和频率漂移是单频激光器性能的直观体现。由于单频光纤激光器具有较长的谐振腔长度,采用了对温度和应变及振动敏感的关键器件-光纤光栅,其波长稳定性或者频率漂移是一种挑战。

单频激光器市场现状及应用前景

经历了几十年的发展后,单频光纤激光器技术已经发展相对成熟且完善,作为一种重要的高精密光源,单频光纤激光器的应用领域非常广泛。尽管与主流材料加工市场的大功率光纤激光器相比,单频激光器市场体量较小,但凭借独特的性能以及特殊领域的广泛应用,将成为激光技术队伍里的重要补充。

目前,单频激光器主要用于分布式光纤声波传感系统、周界安全、水听、用于相干激光雷达系统实现高精度的成像、速度和距离的遥感探测。此外,石油和天然气勘探系统、管道监控、气体泄露检测、冷原子物理、空间激光通信以及微波光子学等领域,单频激光器也将发挥重要作用。

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