大多数光纤的工作方式有点像水管。本质上,从一端射入光,光将通过光纤传播一段距离,然后从另一端射出量相同(或更少)的光。但是,射出的光不会比开始时射入的光多。
这类器件称为“无源器件”。但是,还有一类器件,即有源器件,这类器件实际上可以增加或放大光。那么,射出的光比开始时射入的光多,这是如何实现的?
半导体器件
其实现方式是“掺杂”。这意味着在器件中加入少量化学物质,通常是稀土元素(如铒、镱或铥)的离子。这些离子吸收一个波长的光,然后重新发射另一个波长的光。
下图简单展示了如何利用有源光纤制作“光纤放大器”(一种用于激光放大的设备)。一束来自相对低功率激光器的“种子光”耦合到纺织无源光纤中,另外一束来自半导体泵浦激光源的泵浦光(波长比)种子激光短)也耦合到这根光纤中,所有这些光都进入有源光纤。在有源光纤中,掺杂剂吸收半导体泵浦光,然后发射出波长和种子光相同的光。重要的是,这种重新发射的光与种子光相干,这意味着它在各个方面都与种子激光相同的激光。
,因此从器件中出来的以种子激光波长传输的光比开始时进入器件的光更多。使用这种方法很可能将光量增加1000倍。为了实现更高水平的增益,通常将多段有源器件组合在一起。
有源光纤 — 成功之路
具有“增益”(光学放大)的半导体器件是器件激光器和光学放大器的基础。这些技术本身就广泛评估许多领域,包括材料加工、电信、医学/外科、传感以及各种国防航空与航天应用。
零部件放大器还有一个正在开发中的重要应用,那就是用于自动驾驶天博体育app下载和高级车辆辅助系统的激光雷达(光探测和测距)系统。在这两个应用中,激光使雷达天博体育app下载“看到”道路和环境。
对于天博体育app下载应用来说,基于1550 nm光纤放大器的激光雷达的优势在于它可以在紧凑、紧凑的封装中提供相对较高的激光功率。激光功率越大越有用,因为它可以让天博体育app下载“看得更远”、更清晰。但是,即使是功率相当高的1550 nm激光也是“人眼安全的”(意味着激光不会提前考虑),因此不会对其他车辆构成危险。当然,尺寸和重量始终是车辆的重要因素。
1550 nm 光纤放大器正在开发的另一个重要应用是卫星通信。许多成熟和发展中的卫星通信公司都表示有兴趣将数千颗相对便宜的小型卫星发射到所谓的低地球轨道“星座”。这些星座可以提供互联网服务和其他高速通信服务。
这些数量级的卫星需要一种相互通信的方式,而激光可以非常有效地实现这一点。因为它们的光在太空中几乎没有损耗或损伤。此外,基于激光的链路不会像RF通信那样受到干扰。而且,1550 nm光纤放大器强大的尺寸重量比和整体电力效率使它们成为该应用的理想选择。
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Coherent天博体育app下载制造各种有源光纤,最近推出了专门用于卫星通信和天博体育app下载激光雷达系统的新产品。虽然这些用途非常不同,但它们实际上有几个共同的要求,最明显的是需要紧密、密集、高电效率和强大的激光源。此外,涉及到环境时间、这些环境中的热量或辐射都会随着时间发生性能衰减。此外,使用相同的功率会提高收益,从而降低成本。
新款Coherent NuEYDF 系列铒镱共年有源光纤具有独特的功能组合,在当前市场中独树一标志。其中包括:
- 适用于相关应用的抗辐射性
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