Láser de fibra de 1550 nmes un láser de infrarrojo medio basado en fibra dopada con erbium (EDF) o fibra co-dopada con ER/yb (fibra de dope co-dopada er/yb) . porque su longitud de onda está dentro del rango seguro Comunicaciones, LiDAR, tratamiento médico, procesamiento industrial y defensa nacional.
En los últimos años, con el rápido desarrollo de la tecnología de láser de fibra, los láseres de 1550 nm han realizado avances significativos en la potencia, la calidad del haz y la sintonizabilidad . Este artículo presenta sistemáticamente los principios técnicos y las ventajas centrales de 1550 nm láseres de fibra nm, y discute en detalle sus aplicaciones específicas en varias industrias .}
Principios y ventajas técnicas de láseres de fibra de 1550 nm
1. Principio de trabajo
Los láseres de fibra de 1550 nm generalmente usan fibra dopada con Erbium como medio de ganancia y 980 nm o 1480 nm diodos láser (LDS) como fuentes de bomba . cuando iones erbium (er³⁺) absorbe la energía de la luz de la bomba, las transiciones de nivel de energía ocurren y emiten luz láser con una longitud de onda de 1550 nm durante la relajación {6 {6} {}} se puede simplificar de la siguiente manera:
Estado fundamental (⁴i₁₅/₂) → Estado excitado (⁴i₁₃/₂): 1550 nm Los fotones se generan a través de transiciones no radiativas .
En las fibras de Erbium-Ytterbium co-dopado, los iones Ytterbium (yb³⁺) pueden mejorar la eficiencia de absorción de la bomba y aumentar la potencia de salida del láser .
2. Ventajas técnicas
En comparación con otros láseres de longitud de onda (como 1064 nm, láseres de CO₂ de 10.6 μm), los láseres de fibra de 1550 nm tienen las siguientes ventajas:
Seguridad ocular
El factor de riesgo de la retina (MPE, exposición máxima permitida) de láseres de 1550 nm es mucho más bajo que el de la luz visible y los láseres de infrarrojo cercano (como 1064 nm), lo que lo hace más seguro en entornos abiertos (como lidar, aplicaciones militares) .
Pérdida de transmisión baja de fibra
1550 nm se encuentra en la tercera ventana de transmisión de fibra de cuarzo (banda C, 1530-1565 nm), con una pérdida de solo 0 . 2 dB/km, que es adecuada para comunicaciones ópticas de larga distancia.
Alta calidad y estabilidad del haz
La estructura de la guía de onda del láser de fibra le da una calidad de haz cerca del límite de difracción (m²≈1), que es adecuado para el mecanizado de precisión y la detección óptica .
Sintonizabilidad y ancho de línea estrecho
A través de la rejilla de fibra Bragg (FBG) o el filtro sintonizable, se puede lograr una sintonización de longitud de onda (como 1520-1620 nm) y la salida de ancho de línea estrecha de nivel KHZ, que es adecuado para la comunicación óptica coherente y la espectroscopía láser .
Alta escalabilidad de potencia
Usando la estructura del amplificador de potencia del oscilador maestro (MOPA), el láser de fibra de 1550 nm puede lograr la salida de nivel de nivel de vatio a kilovatio, satisfaciendo las necesidades de corte industrial, lidar, etc. .
Aplicaciones principales de láser de fibra de 1550 nm
1. Comunicación óptica de fibra y transmisión de datos
1550 nm es la longitud de onda central de la comunicación óptica, y sus aplicaciones principales incluyen:
(1) Comunicación de fibra óptica de larga distancia
Las características de baja pérdida de los láseres de 1550 nm lo convierten en la fuente de luz preferida para los cables ópticos submarinos y las comunicaciones intercontinentales ., por ejemplo, el sistema de cable óptico submarino trans-Pacífico utiliza principalmente la tecnología de división de longitud de onda densa (DWDM) en la banda C ({1530-1565 nm), y la capacidad de longitud de onda de una sola fibra multiplexación (DWDM) en la banda C ({{{3} 3} nm), y la capacidad de longitud de onda de una sola fibra multiplexación de la división de fábrica más de 100 de 100 de las 100) en la banda C ({1530-1565 nm), y la capacidad de longitud de longitud de una sola fibra de medición de fibra más de 100 de las 100). Tbps .
(2) Multiplexación de división de longitud de onda densa (DWDM)
En los centros de datos y las redes 5G, la tecnología DWDM utiliza múltiples canales de longitud de onda (como los canales 40/80/160) cerca de 1550 nm para lograr la transmisión de datos de alta velocidad y mejorar la utilización de ancho de banda de fibra .
(3) Comunicación óptica coherente
Láser de 1550 nm de láser de línea estrecha (ancho de línea<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 y teledetección
(1) LiDAR de conducción autónoma
En comparación con el LIDAR de 905 nm, 1550 nm LiDAR tiene una penetración atmosférica más fuerte y una seguridad ocular, y se ha convertido en la opción convencional para la conducción autónoma de alta gama (como Waymo y Luminar) . Por ejemplo, el Lidar Lidar de Ldarar Lucear usa un láser de fibra de 1550 nm con una distancia de detección de hasta 250 metros de metros {6 {6}.}}}}
(2) Sensación remota atmosférica y monitoreo meteorológico
LiDAR de absorción diferencial (dial) utiliza láseres de 1550 nm para detectar concentraciones de vapor de agua (H₂O) y dióxido de carbono (CO₂) en la atmósfera para la investigación climática y el monitoreo de la contaminación .
3. médica y bio-imagen
(1) Tratamiento de belleza y piel láser
1550 nm láseres fraccionales no ablativos (como Fraxel) pueden estimular la regeneración de colágeno y se usan para aplicaciones cosméticas como la eliminación de arrugas y la reparación de cicatrices .
En el tratamiento vascular, los láseres de 1550 nm pueden calentar selectivamente la hemoglobina para el tratamiento cerrado de las venas de araña y las venas varicosas .
(2) Tomografía de coherencia óptica (OCT)
Los sistemas OCT de 1550 nm (como OCT oftalmic) tienen una profundidad de penetración tisular más profunda (~ 2 mm) y pueden usarse para el diagnóstico temprano de enfermedades retinianas y glaucoma .
4. Procesamiento y detección industrial
(1) Procesamiento de material de precisión
Los láseres de 1550 nm son adecuados para el corte fino y el marcado de las películas de plásticos y polímeros y se usan ampliamente en envases electrónicos y fabricación de circuitos flexibles .
(2) Detección de fibra óptica
Se pueden usar sensores de 1550 nm basados en rejillas de fibra Bragg (FBG) para monitorear los cambios de tensión y temperatura en estructuras como puentes, aeronaves y tuberías para lograr el monitoreo de salud estructural (SHM) .
5. Defensa y seguridad
(1) Comunicación óptica de espacio libre (FSO)
Las características anti-interferencia y baja probabilidad de intercepción (LPI) del láser de 1550 nm lo convierten en una opción ideal para comunicaciones confidenciales militares .
(2) contramedidas infrarrojas y cegamiento láser
El láser de 1550 nm de alta potencia se puede usar para interferir con misiles guiados por infrarrojos o como un arma deslumbrante láser no letal .
Tendencias de desarrollo futuras
Láser de fibra ultrarrápida
Los láseres de femtosegundos de 1550 nm tienen amplias perspectivas de aplicación en óptica no lineal (como la generación de terahercios) y el procesamiento de micro-nano .
Integración fotónica y fotónica de silicio
Los chips láser de 1550 nm basados en la fotónica de silicio pueden reducir el costo de los módulos de comunicación óptica y promover el desarrollo de la interconexión óptica en los centros de datos .
Comunicación y computación cuántica
Las fuentes de fotones individuales de 1550 nm tienen un gran valor en la distribución de clave cuántica (QKD) y la computación cuántica óptica .
Los láseres de fibra de 1550 nm se han convertido en tecnologías clave en las comunicaciones ópticas, los campos de LiDAR, médicos y de defensa debido a sus ventajas, como la seguridad ocular, la baja pérdida y la calidad de la alta calidad de haz . en el futuro, con el desarrollo de láseres ultrafast, integración fotónica y tecnología cuántica, el alcance de la aplicación de 1550 fibra de fibra láseres será más amplia de innovadores, promoverá más a fondo, los prometedores de los promotores de los promotores de los promotores de 1550 nm serán expandidos en los promotores de los promotores de fibra de 1550 nm, los prometidos, los prometidos en los promotores continuos, los prometidos en los promotores de los promotores de los promotores de los promotores de 1550 nm, los promotores de los promotores. Industria optoelectrónica .
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