Anwendung von 1550 nm Faserlasern

1550 nm Faserlaserist ein mittlerer Infrarotlaser, der auf Erbium-dotiertem Faser (EDF) oder ER/YB Co-Doped Faser (ER/YB Co-Doped Faser) . basiert, weil seine Wellenlänge innerhalb des Augen-Safe-Bereichs mit dem niedrigsten Verlustfenster (~ 0 {{{8} 2 DB/km) von quarzfiber, 1550 Nm} 2 dB/km) von Quarzfi. Kommunikation, Lidar, medizinische Behandlung, industrielle Verarbeitung und nationale Verteidigung.

In recent years, with the rapid development of fiber laser technology, 1550 nm lasers have made significant breakthroughs in power, beam quality, and tunability. This article systematically introduces the technical principles and core advantages of 1550 nm fiber lasers, and discusses in detail its specific applications in various industries. Finally, it looks forward to future development trends.

Technische Prinzipien und Vorteile von 1550 nm Faserlasern
1. Arbeitsprinzip
1550 nm Faserlaser verwenden normalerweise Erbium-dotierte Faser als Gewinnmedium und 980 nm oder 1480 nm Laserdioden (LDS) als Pumpenquellen . Wenn Erbiumionen (ER³⁺) die Energie des Pumpens aufnehmen, treten Energienpegelübergänge auf und verstrichen Laser-Licht mit einem Wellengleich von 1550 Nm. kann wie folgt vereinfacht werden:

Grundzustand (⁴i₁₅/₂) → angeregter Zustand (⁴i₁₃/₂): 1550 nm Photonen werden durch nicht radiative Übergänge erzeugt .

In erbium-ytterbium-Co-Doped-Fasern können Ytterbium-Ionen (yb³⁺) die Pumpenabsorptionseffizienz verbessern und die Laserausgangsleistung . erhöhen

2. Technische Vorteile

Im Vergleich zu anderen Wellenlängenlasern (z.

Augensicherheit

Der Retinal-Hazard-Faktor (MPE, maximal zulässige Exposition) von 1550 nm Lasern ist viel niedriger als der von sichtbaren Licht- und Nahinfrarotlasern (wie 1064 nm), was ihn in offenen Umgebungen (wie Deckel, militärische Anwendungen) . sicherer macht

Lowfaserübertragungsverlust

1550 nm befindet sich im dritten Übertragungsfenster von Quarzfasern (C-Band, 1530-1565 nm), mit einem Verlust von nur etwa 0 . 2 dB/km, was für optische Kommunikationen für Fernstöcke geeignet ist.

Qualität und Stabilität mit hoher Strahl

Die Wellenleiterstruktur des Faserlasers liefert ihm eine Strahlqualität nahe der Beugungsgrenze (m²halt 1), die für die Präzisionsbearbeitung und die optische Erfassung . geeignet ist

Abstimmbarkeit und schmale Linienbreite

Durch Faser-Bragg-Gitter (FBG) oder ein abstimmbares Filter können Wellenlängenabstimmungen (wie 1520-1620 nm) und die schmale Linienausgabe auf KHz-Ebene erreicht werden, was für kohärente optische Kommunikation und Laserspektroskopie . geeignet ist

Hochleistungsskalierbarkeit

Unter Verwendung der MOPA-Struktur (Master Oscillator Power Amplifier) ​​kann der Faserlaser von 1550 nm eine Ausgabe auf Kilowatt-Ebene erreichen und die Bedürfnisse des industriellen Schnitts, Lidar usw. usw. erfüllen .}.

Hauptanwendungen von 1550 nm Faserlasern
1. faseroptische Kommunikation und Datenübertragung
1550 nm ist die Kernwellenlänge der optischen Kommunikation, und die Hauptanwendungen umfassen:

(1) Faser-optische Kommunikation mit Fernunterricht
Die Niedrigverlusteigenschaften von 1550 nm Lasern machen es zur bevorzugten Lichtquelle für optische U-Boot-Kabel und interkontinentale Kommunikation .. Das optische Submarin-Kabelsystem der transpazifischen U-Boot verwendet die Multiplexing (DWDM) -Technologie im C-Band ({{{{{{{{{{3). Tbps .

(2) Dichte Wellenlängenabteilung Multiplexing (DWDM)
In Rechenzentren und 5G-Netzwerken verwendet die DWDM-Technologie mehrere Wellenlängenkanäle (z.

(3) Kohärente optische Kommunikation
Schmale Linienbreite 1550 nm Laser (Linienbreite<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 und Fernerkundung
(1) Autonomes Fahrlidar
Compared with 905 nm LiDAR, 1550 nm LiDAR has stronger atmospheric penetration and eye safety, and has become the mainstream choice for high-end autonomous driving (such as Waymo and Luminar). For example, Luminar's IRIS LiDAR uses a 1550 nm fiber laser with a detection distance of up to 250 meters.

(2) Atmosphärische Fernerkundung und meteorologische Überwachung
Differentiale Absorptionslidar (Dial) verwendet 1550 nm Laser, um Wasserdampf (H₂O) und Kohlendioxid (CO₂) -Konzentrationen in der Atmosphäre für Klimaforschung und Verschmutzung zu überwachen .}

3. Medizinisch und Bio-Imaging
(1) Laser Schönheit und Hautbehandlung
1550 nm Nichtablative fraktionale Laser (wie Fraxel) können die Kollagenregeneration stimulieren und für kosmetische Anwendungen wie Faltenentfernung und Narbenreparatur . verwendet werden

In der Gefäßbehandlung können 1550 nm Laser hämoglobin selektiv erhitzen

(2) optische Kohärenztomographie (Oktober)
1550 nm OCT -Systeme (z. B. ophthalmische OCT) haben eine tiefere Tiefe der Gewebedurchdringung (~ 2 mm) und können zur frühen Diagnose von Netzhautkrankheiten und zum Glaukom . verwendet werden

4. Industrielle Verarbeitung und Erfindung
(1) Präzisionsmaterialverarbeitung
1550 nm Laser eignen sich zum feinen Schneiden und Markieren von Plastik- und Polymerfilmen und werden in der Herstellung elektronischer Verpackungen und flexibler Schaltkreis häufig verwendet. .

(2) Glasfasererkennung
1550 nm -Sensoren basierend auf Faser -Bragg -Gittern (FBGs) können verwendet werden, um die Dehnungs- und Temperaturänderungen in Strukturen wie Brücken, Flugzeugen und Ölleitungen zu überwachen, um die strukturelle Gesundheitsüberwachung (SHM) .} zu erreichen

5. Verteidigung und Sicherheit
(1) optische Kommunikation freier Speicherplatz (FSO)
Die Anti-Interferenz und die geringe Wahrscheinlichkeit von Intercept (LPI) -Merkmalen von 1550 nm Laser machen es zu einer idealen Wahl für die militärische vertrauliche Kommunikation .

(2) Infrarot -Gegenmaßnahmen und Laserblenden
Hochleistungs-Laser mit hoher Leistung 1550 nm kann verwendet werden, um die infrarotgesteuerten Raketen oder als nicht tödliche Laserwaffe zu stören. .

Zukünftige Entwicklungstrends
Ultraast Faserlaser
1550 nm Femtosekunden-Laser haben umfassende Anwendungsaussichten in nichtlinearen Optik (wie Terahertz-Generierung) und Micro-Nano-Verarbeitung .
Photonische Integration und Siliziumphotonik
1550 nm Laserchips, die auf Siliziumphotonik basieren
Quantenkommunikation und Computing
1550 nm einzelne Photonquellen sind in der Quantenschlüsselverteilung (QKD) und dem optischen Quantencomputer . von großem Wert.

1550 nm Faserlaser sind zu Schlüsseltechnologien in der optischen Kommunikation, in Lidar-, Medizin- und Verteidigungsfeldern geworden Industrie .

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