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眾所周知，按工作介質(zhì)不同，可將激光器分為固體激光器、氣體激光器、染料激光器、半導(dǎo)體激光器、光纖激光器和自由電子激光器6種。與其他激光器相比，光纖激光器擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、維護(hù)成本低、散熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此，目前光纖激光器已經(jīng)成為金屬切割、焊接等傳統(tǒng)工業(yè)制造領(lǐng)域的主流光源。
何為單頻光纖激光器?
所謂單頻激光器，即單縱模激光器，是一種基于半導(dǎo)體激光器泵浦，稀土摻雜光纖作為增益介質(zhì)，結(jié)合相對(duì)復(fù)雜的控制技術(shù)的高精密單縱模超窄線寬激光光源。這種激光器能提供低的相位噪聲和相對(duì)強(qiáng)度噪聲，極窄的頻譜線寬和長(zhǎng)相干長(zhǎng)度。
單頻光纖激光器早出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代，經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展已取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。與材料加工領(lǐng)域用的高功率光纖激光器不同，這種位于光纖激光市場(chǎng)另一賽道上的單頻激光器，因其獨(dú)特的性質(zhì)和特點(diǎn)，有著截然不同的應(yīng)用場(chǎng)景。
由于單頻激光器線寬窄、噪聲低，這意味著它對(duì)高精密的震動(dòng)較為敏感，且較長(zhǎng)的相干長(zhǎng)度確保了長(zhǎng)距離傳感的精度，因此單頻激光器在高精度/高靈敏度/遠(yuǎn)距離傳感系統(tǒng)、下一代通信技術(shù)、相干技術(shù)、遙感技術(shù)、相干激光雷達(dá)等多個(gè)領(lǐng)域有著突出優(yōu)勢(shì)。
單頻激光器四大關(guān)鍵性能指標(biāo)
單頻光纖激光器的主要性能指標(biāo)包括相位噪聲、相對(duì)強(qiáng)度噪聲(RIN)、線寬、波長(zhǎng)穩(wěn)定性和頻率漂移。
所謂相位噪聲，即單頻激光器所發(fā)激光的頻譜譜線不再是單一的線條，而是有一定的寬度，這個(gè)寬度的大小即反映單頻激光器相位噪聲的高低。相位噪聲的具體表現(xiàn)為：以觀測(cè)點(diǎn)為基準(zhǔn)，光波隨著時(shí)間變化在相位上隨機(jī)起伏或延遲。相位噪聲是衡量單頻激光器較為重要的參數(shù)之一，對(duì)單頻激光的線寬有著重要影響。
相對(duì)強(qiáng)度噪聲是指激光器的輸出平均功率和某個(gè)頻率下的噪聲的比值。在實(shí)際應(yīng)用中，單頻激光器的相對(duì)強(qiáng)度噪聲往往會(huì)作為重要的噪聲源，影響相干探測(cè)系統(tǒng)(如連續(xù)工作的相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)、相位敏感型OTDR系統(tǒng)解調(diào)系統(tǒng))的本底噪聲水平。
單頻激光器的線寬是一種頻域的概念，可以理解為頻譜的譜線寬度。從單頻激光器的相位噪聲描述中可以得出，相位噪聲能夠直觀反映單頻激光器的線寬。對(duì)單頻激光器的線寬測(cè)試通常通過(guò)延時(shí)自外差非平衡M-Z干涉儀的方式進(jìn)行，其線寬測(cè)試和積分時(shí)間(或者說(shuō)延時(shí)光纖長(zhǎng)度)相關(guān)。
波長(zhǎng)穩(wěn)定性和頻率漂移是單頻激光器性能的直觀體現(xiàn)。由于單頻光纖激光器具有較長(zhǎng)的諧振腔長(zhǎng)度，采用了對(duì)溫度和應(yīng)變及振動(dòng)敏感的關(guān)鍵器件-光纖光柵，其波長(zhǎng)穩(wěn)定性或者頻率漂移是一種挑戰(zhàn)。
單頻激光器的未來(lái)發(fā)展前景
經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展后，單頻光纖激光器技術(shù)已經(jīng)發(fā)展相對(duì)成熟且完善，作為一種重要的高精密光源，單頻光纖激光器的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。盡管與主流材料加工市場(chǎng)的大功率光纖激光器相比，單頻激光器市場(chǎng)體量較小，但憑借獨(dú)特的性能以及特殊領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，將成為激光技術(shù)隊(duì)伍里的重要補(bǔ)充。
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