Application de lasers de fibres de 1550 nm

Lasers en fibre 1550 nmest un laser infrarouge médian basé sur la fibre co-dopée en fibre dopée à l'erbium (EDF) ou la fibre co-dopée ER / YB) . parce que sa longueur d'onde est dans la plage des yeux et correspond fortement à la fenêtre de perte la plus basse (~ 0 . 2 dB / km) de quartz fibre Communications, LiDAR, traitement médical, traitement industriel et défense nationale.

Ces dernières années, avec le développement rapide de la technologie laser des fibres, les lasers de 1550 nm ont fait des percées importantes en puissance, la qualité du faisceau et l'accordabilité . cet article présente systématiquement les principes techniques et les avantages de base de 1550 nm de fibres, et discute en détail de ses applications spécifiques dans diverses industries . Enfin, il semble que les contacts futurs {4} ont fini par les contributions futures.

Principes techniques et avantages des lasers de fibres de 1550 nm
1. principe de travail
Les lasers de fibres de 1550 nm utilisent généralement des fibres dopées à l'erbium comme moyen de gain et de diodes laser à 980 nm ou 1480 nm (LDS) comme sources de pompe . Lorsque les ions erbium (ER³⁺) absorbent l'énergie de la lumière de la pompe, les transitions de niveau d'énergie se produisent et émettent une lumière d'énergie avec une transition d'onde de 1550 nm pendant Peut être simplifié comme suit:

État fondamental (⁴i₁₅ / ₂) → état excité (⁴i₁₃ / ₂): les photons 1550 nm sont générés par des transitions non radiatives .

Dans les fibres co-dopées erbium-ytterbium, les ions ytterbium (yb³⁺) peuvent améliorer l'efficacité d'absorption de la pompe et augmenter la puissance de sortie du laser .

2. Avantages techniques

Par rapport à d'autres lasers de longueur d'onde (comme 1064 nm, 10,6 μM de lasers de CO₂), les lasers de fibre 1550 nm ont les avantages suivants:

Sécurité oculaire

Le facteur de risque rétinien (MPE, exposition maximale autorisée) des lasers 1550 nm est beaucoup plus faible que celle de la lumière visible et des lasers proche infrarouge (tels que 1064 nm), ce qui le rend plus sûr dans des environnements ouverts (comme le lidar, les applications militaires) ..

Perte de transmission à faible fibre

1550 nm est situé dans la troisième fenêtre de transmission de la fibre de quartz (bande C, 1530-1565 nm), avec une perte d'environ 0 . 2 dB / km, ce qui convient aux communications optiques à longue distance.

Qualité et stabilité des faisceaux routiers

La structure du guide d'onde du laser en fibre lui donne une qualité de faisceau près de la limite de diffraction (m²≈1), qui convient à l'usinage de précision et à la détection optique .

Tanabilité et largeur de ligne étroite

Grâce à un réseau de bragg à fibre (FBG) ou à un filtre accordable, un réglage de la longueur d'onde (tel que 1520-1620 nm) et une sortie de largeur étroite de niveau KHZ peuvent être obtenus, ce qui convient à la communication optique cohérente et à la spectroscopie laser .

Évolutivité élevée

En utilisant la structure de l'amplificateur de puissance de l'oscillateur maître (MOPA), le laser à fibre de 1550 nm peut atteindre le niveau de niveau Watt à la production de niveau kilowatt, en répondant aux besoins de la coupe industrielle, du lidar, etc. .

Applications principales des lasers de fibres de 1550 nm
1. Communication en fibre optique et transmission de données
1550 nm est la longueur d'onde centrale de la communication optique, et ses principales applications comprennent:

(1) Communication en fibre optique longue distance
Les caractéristiques de pertes faibles des lasers 1550 nm en font la source de lumière préférée pour les câbles optiques sous-marins et les communications intercontinentales . Par exemple, la technologie de la division de longueur d'onde transpacifique dans le groupe C ({1530-1565} nm), et la transmission de transmission unique peuvent atteindre plus que plus de 100 ans. Tbps .

(2) multiplexage de division de longueur d'onde dense (DWDM)
Dans les centres de données et les réseaux 5G, la technologie DWDM utilise plusieurs canaux de longueur d'onde (tels que 40/80/160 canaux) vers 1550 nm pour obtenir une transmission de données à grande vitesse et améliorer l'utilisation de la bande passante des fibres .

(3) Communication optique cohérente
Lasers à largeur de ligne étroite 1550 nm (Linewidth<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 et télédétection
(1) lidar de conduite autonome
Comparé au LiDAR 905 nm, le LiDAR 1550 nm a une pénétration atmosphérique et une sécurité oculaire plus forts, et est devenu le choix grand public pour la conduite autonome haut de gamme (comme Waymo et Luminar) . par exemple, le lidar Iris de Luminar utilise un laser de fibre 1550 nm avec une distance de détection de jusqu'à 250 mètres.

(2) télédétection atmosphérique et surveillance météorologique
Absorption différentielle Lidar (Dial) utilise des lasers 1550 nm pour détecter les concentrations de vapeur d'eau (H₂O) et de dioxyde de carbone (CO₂) dans l'atmosphère pour la recherche climatique et la surveillance de la pollution .

3. médical et bio-imagerie
(1) Traitement de beauté au laser et de peau
1550 nm lasers fractionnaires non ablatifs (comme Fraxel) peuvent stimuler la régénération du collagène et sont utilisés pour les applications cosmétiques telles que l'élimination des rides et la réparation de cicatrices .

Dans le traitement vasculaire, les lasers 1550 nm peuvent chauffer sélectivement l'hémoglobine pour un traitement fermé des veines d'araignée et des varices .

(2) Tomographie par cohérence optique (OCT)
Les systèmes OCT de 1550 nm (tels que Ophthalmic OCT) ont une profondeur de pénétration des tissus plus profonde (~ 2 mm) et peuvent être utilisés pour le diagnostic précoce des maladies rétiniennes et du glaucome .

4. Traitement et détection industriels
(1) Traitement des matériaux de précision
Les lasers 1550 nm conviennent à la coupe fine et au marquage des plastiques et des films en polymère et sont largement utilisés dans l'emballage électronique et la fabrication de circuits flexibles .

(2) détection de fibre optique
Des capteurs 1550 nm basés sur des réseaux de Bragg en fibre (FBG) peuvent être utilisés pour surveiller les changements de déformation et de température dans des structures telles que les ponts, les avions et les oléagnes pour obtenir une surveillance structurelle de la santé (SHM) .

5. Défense et sécurité
(1) Communication optique de l'espace libre (FSO)
Les caractéristiques anti-interférence et faible probabilité d'interception (LPI) du laser 1550 nm en font un choix idéal pour les communications confidentielles militaires .

(2) contre-mesures infrarouges et aveuglement au laser
Le laser à haute puissance 1550 nm peut être utilisé pour interférer avec des missiles guidés infrarouges ou comme une arme éblouissante laser non létale .

Tendances de développement futurs
Lasers en fibre ultra-rapide
1550 NM Les lasers Femtoseconde ont de larges perspectives d'application dans l'optique non linéaire (comme la génération Terahertz) et le traitement micro-nano .
Intégration photonique et photonique en silicium
Les puces laser 1550 nm basées sur la photonique en silicium peuvent réduire le coût des modules de communication optique et favoriser le développement de l'interconnexion optique dans les centres de données .
Communication quantique et informatique
Les sources de photons uniques de 1550 nm sont d'une grande valeur dans la distribution de clés quantiques (QKD) et le calcul quantique optique .

Les lasers de fibres de 1550 nm sont devenus des technologies clés dans les domaines des communications optiques, du LiDAR, de la médecine et de la défense en raison de leurs avantages tels que la sécurité oculaire, la basse perte et la qualité des fêtes de route . à l'avenir, avec le développement de lasers ultrafast, une intégration photonique et une technologie de quantim industrie .

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