网站导航

新闻中心

当前位置:主页 > 新闻中心 >
单频光纤激光器:具有长相干、窄线宽优势在诸多特殊领域发挥重要作用
时间:2022-08-17 10:12 点击次数:
本文摘要:自1960年红宝石激光首次问世以来,激光技术经历了多次变革,目前已成为面积工业加工、通信、医疗、军事等多个领域的最重要技术。近年来特别熟悉的是光纤激光。光纤激光器的市场概况众所周知,因工作介质而异,激光器可分为液体激光器、气体激光器、色素激光器、半导体激光器、光纤激光器和自由电子激光器6种。

亚美体育官方网址

自1960年红宝石激光首次问世以来,激光技术经历了多次变革,目前已成为面积工业加工、通信、医疗、军事等多个领域的最重要技术。近年来特别熟悉的是光纤激光。光纤激光器的市场概况众所周知,因工作介质而异,激光器可分为液体激光器、气体激光器、色素激光器、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,光纤激光器具有结构非常简单、切换效率高、光束质量好、成本低、风扇性能好等优点,因此目前光纤激光器是金属切割、焊接等传统工业生产领域的主流光源根据OFweek产业研究中心的数据,2018年世界激光市场规模约为137.54亿美元,同比增长5.3%。其中光纤激光比去年同期增长6.1%,占51.4%。

今年不受经济环境变动的影响,行业发展上升,因此预计2019年光纤激光市场规模的增长速度将与去年大致在6.5%以内。光纤激光在现在的激光市场中仅次于玩家,但近年来中国光纤激光市场的同质化竞争相当严重,寻找差异化优势提出了各企业推荐的课题。我们今天讨论的主角是单频光纤激光器,它除了激光本身的出色单色性和方向性外,还具有普通激光无法达到的长度、宽光谱宽度的优点。

什么是单频率光纤激光器? 单频激光器,即单纵模激光器,是一种高精密单纵模超窄线宽激光光源,它基于半导体激光器的泵浦,将稀土引入光纤作为增益介质,融合了比较简单的控制技术。这种激光器可以得到低振幅噪声和比较强度噪声、极窄的光谱线宽和宽的相干长度。

单频光纤激光的图像来源:上海瀚宇单频光纤激光最早出现在20世纪90年代,经过近30年的发展取得了长足的进步。与材料加工领域用的高功率光纤激光器不同,位于这种光纤激光器市场不同路线的单频率激光器由于其独特的性质和特征,具有完全不同的应用场景。单频激光器由于线相间、噪声低,对高精密振动更脆弱,意味着长的相干长度保证了长距离传感的精度,因此单频激光器有高精度/高灵敏度/远距离传感系统、下一代通信技术、相干单频激光器的四个重要性能指标单频光纤激光器的主要性能指标还包括振幅噪声、比较强度噪声(RIN )、线宽、波长稳定性和频率漂移。

振幅噪声是指单频率激光器发射的激光的谱线依然是单一的线,具有一定的宽度,该宽度的大小表示单频率激光器的振幅噪声的强弱。振幅噪声的具体表现是光波以观测点为基准随着时间在振幅上随机缓慢或延迟。

振幅噪声是依赖于单频激光器的最重要参数之一,对单频激光器的线宽有最重要的影响。比较强度噪声是激光器的输入平均功率与某频率下的噪声之比。

在实际应用中,单频激光器的比较强度噪声往往不是最重要的噪声源,影响干涉性检测系统(例如倒数动作的干涉性多普勒测定风激光雷达、振幅脆弱型OTDR系统调制系统)的背景噪声水平单频激光器的线宽是频域的概念,可以解释为光谱的光谱宽度。根据单频激光器的振幅噪声描述,可以得出振幅噪声需要直观地表现单频激光器的线宽的结论。单频率激光器的线宽试验一般以延迟自外差不平衡mz干涉仪的方式展开,其线宽试验和分钟数时间(或延迟光纤长度)有关。波长稳定性和频率漂移是单频激光器性能的直观反映。

单频率光纤激光器具有长谐振器长度,因此使用光纤光栅(对温度、突发事件和振动脆弱的重要器件),其波长稳定性或频率漂移是一种挑战。比较四种主流单频光纤激光的优缺点,根据OFweek激光网,目前主流的单频光纤激光主要分为短直腔型和环状腔型两种。其中,短直腔结构的单频率光纤激光器还包括生产成对系(DFB )型和布拉格光线(DBR )型。

环状空洞结构的单频率光纤激光配置很多,现在成熟期需要商用的技术有“虚拟世界环状空洞”技术(以美国ObitsLightwave公司为代表)和“优化行波空洞”技术(以上海汉宇为代表)两种。采用对系统(DFB )型单频光纤激光器生产,具有结构非常简单,难以构建单纵向模式输入的优点。抗干扰性强,成本低廉,适合批量应用。

其核心技术是在掺有稀土的有源光纤纤芯内部刻上光波型光纤光栅,在两级均匀分布周期的光纤布拉格光栅之间有一定的距离,构建了特定的光波,例如1/4波长或1/2波长泵浦光的鼓励,提供单频率激光的输入。光波型有源光纤光栅是谐振器的增益介质,同时选择单纵模式输入作为超强窄带滤波器。

亚美体育app

DFB型单频光纤激光器的原理图图像源:上海瀚宇也存在该方案的缺点,另外1/4波长光波型光纤光栅的拒绝技术难度低,必须自由选择合适的稀土类导入光纤,光波光栅PCB 主要制造商还包括丹麦NKTPhotonics、法国IxBlue、中国科学院半导体所、上海光机所、山东省科学院激光研究所、上海汉宇(上海科乃特激光)。在布拉格光线(DBR )型单频率光纤激光器中,通过配合低浓度的磷酸盐玻璃光纤可以构筑高增益,通过短的直腔设计可以构筑高功率输入。但是,很难构筑高强度的焊接,谐振器的可靠性差,对选择频率的格子的拒绝性高。

另外,短直腔难以制作,无法应对环境严峻的工作环境。主要制造商还包括NPPhotonics、AdvaluePhotonics、华南理工大学等。虚拟世界环状腔技术也被称为“填充腔技术”,不具有线性腔的基本结构,通过光纤光栅包括直腔的腔镜,本质上依然是短直腔结构,腔宽要求的FSR依然拒绝腔宽较短的虚拟世界环状腔技术融合了较短的直腔和环状腔的思想,在驻波腔内构建行波运行,技术上认为目前是优良的技术,但技术上的工艺构建是可玩性大,缺乏复制性,成本低廉。代表企业是美国ObitsLightwave。

优化行波腔技术的特点是避免驻波空间的烧孔效果,同时通过宽腔宽的设计,使长增益光纤充分吸收泵浦光,构建高输出输入。同时,在行波运转时大幅降低光纤激光器的比较强度噪声和振幅噪声,构筑<1kHz的超窄线宽,只有光纤型窄带滤波器流过分选单纵模式输入,由此宽饱和状态吸收体能够进行平滑的单纵模式运转另外,单偏振光控制避免了偏振光烧孔效果,构筑了平滑的单偏振光输入,偏振光消光约在25dB以上。典型的代表是上海瀚宇的CoSF-R型系列产品。

各种单频激光器的重要性能指标与上述单频光纤激光器的四个重要性能指标相比,各种单频激光器在四个重要指标中是如何出现的呢? 影响单频率激光器振幅噪声的因素很多,一般来说,单频率激光器内的增益介质的长度和形状、光波导的纤细度、谐振器的长度需要客观地表现单频率光纤激光器的振幅噪声的强弱。单频率光纤激光器与半导体激光器相比谐振器长度长,以短直腔结构的对系(DFB )型单频率光纤激光器为例,谐振器长度约为2-10cm,单频率半导体激光器的谐振器长度约为100um到mm级,以上要求单频激光器在中低频区的比较强度噪声水平的指标是弛豫波动峰值。

单频半导体激光器由于含有有源增益介质和谐振器,电极和增益介质的“重叠”程度低,显示出极其优异的比较强度噪声(RIN )性能,弛豫波动峰一般达到GHz级。另一方面,光纤激光器本质上属于端面泵,有源介质是长度受到的泵激发的不均匀分布,同时由于谐振器长,因此具有缓和波动峰值频率低的特性,系统(DFB )型单频率光纤激光器的缓和波动峰值频率一般单频率光纤激光器由于弛豫波动峰值频率低,必须诱导单频率光纤激光器的比较强度噪声(RIN ),经典手段包括电流负反馈型、饱和状态定标、外腔流动瞄准等。

上海瀚宇开发的CoSF-D型对系统(DFB )型单频光纤激光器经过比较强度噪声(RIN )诱导,取得了良好的结果,如下图右图所示。图像来源:上海汉宇由图可知,诱导的CoSF-D型在系统(DFB )型单频率光纤激光器低频带的比较强度噪声高于-145dBc/Hz,弛豫波动峰值高于-140dBc/Hz,低频带感应的CoSF-D型与系统(DFB )型的单频率光纤激光器相比,强度噪声水平已经高于单频率半导体激光器,同时兼具低振幅噪声和低比较强度噪声的特征,具有平滑的单纵模式运行、单频率、单偏振光、单纵模如上所述,线宽可以解释为光谱的光谱宽度,但振幅噪声需要直观地表现单频率激光器的线宽。与单频率半导体激光器相比,单频率光纤激光器具有更低的振幅噪声,因此单频率光纤激光器的固有线宽远大于单频率半导体激光器,这是由单频率激光器的谐振器配置、波导结构及谐振器长度所要求的目前,单频率半导体激光器还没有经常出现线宽超过1kHz的产品,但NKTPhotonics公司的KoherasE15型DFB单频率光纤激光器的标称线宽为<0.1kHz,本征线宽只有几十Hz。

上海瀚宇的CoSF-D-ER型对系统(DFB )单频率光纤激光器的本征线宽为数十Hz,与NKT公司的E15非常相似,均高于单频率半导体激光器。单频率光纤激光器具有长谐振器长度,因此作为重要器件的光纤光栅对温度和振动非常脆弱,挑战波长稳定性和频率漂移的控制。据报告,上海瀚宇的CoSF-D系列对系统(DFB )单频光纤激光器,合理设计了激光中有源光波光纤光栅的PCB,精细控制TEC电路,波长稳定性比较好的控制器另外,为了在有源波长瞄准和频率漂移方面需要严格的应用,CoSF-D型将系统(DFB )的单频率光纤激光器生产的有源光波光纤光栅安装在压电陶瓷换能器(PZT )上,单频率CoSF-D型被选为系统(DFB )单频率光纤激光器的PZT需要在200V的电压驱动情况下,构建类似的20GHz的波长回波范围,慢波长调制的线性呼吁频率平均为20kHz,例如相同的节拍瞄准、外流 单频激光市场的现状和应用前景经过几十年的发展后,单频光纤激光技术已经在发展比较成熟期完善,作为最重要的高精密光源,单频光纤激光的应用领域非常普遍。

与主流材料加工市场的高功率光纤激光相比,单频率激光市场的体积小,但凭借其独特的性能和类似领域的广泛应用,成为激光技术团队中最重要的补充。目前,单频激光主要作为分布式光纤声波传感系统、周边安全性、水听器、相干激光雷达系统用于构建高精度光学、速度和距离的遥测观测。

亚美体育app

另外,在石油和天然气勘探系统、管道监视、气体泄漏检测、冻结原子物理、空间激光通信及微波光子学等领域,单频率激光也发挥着最重要的作用。


本文关键词:亚美体育官方网址,单频,光纤,激光器,具有,长,相干,、,窄,线宽

本文来源:亚美体育app-www.rzaxjx.com

如果您有任何问题,请跟我们联系!

联系我们

Copyright © 2003-2022 www.rzaxjx.com. 亚美体育app科技 版权所有 备案号:ICP备32308844号-6

地址:上海市上海市上海区建赛大楼757号

在线客服 联系方式 二维码

服务热线

0203-34736551

扫一扫,关注我们