助力激光雷達發(fā)展前景（助力激光雷達發(fā)展現狀）

激光雷達是一種新興的傳感硬件，以其強大的三維傳感能力被越來越多的行業(yè)所熟知。近兩年，隨著無人駕駛、遙感測繪、測距、測風等新技術的快速發(fā)展，激光雷達作為環(huán)境傳感傳感器越來越受到業(yè)界的關注，展現出巨大的市場前景！

激光雷達一般由激光器、激光發(fā)射器、激光接收器、計算機處理等模塊組成。它使用脈沖激光作為信號源，并將其與激光接收器接收到的信號進行比較。它利用相位、頻率、偏振和幅度等參數，通過計算機處理獲得我們想要的信息。

激光光源是激光雷達的核心器件，相當一部分激光雷達采用905nm半導體光源。這種光源的優(yōu)點是成本低、相對成熟、最終產品的尺寸相對較小。但抗干擾能力弱、探測距離短、對雨霧穿透力不足。最重要的一點是905nm激光是人眼看不見的。存在相當大的安全風險。

與905nm半導體激光器相比，1550nm光纖激光器具有光束質量好、峰值功率高、探測距離遠、人眼安全等優(yōu)點，已逐漸成為未來無人駕駛、車輛安全預警、測距、測風等重要技術解決方案之一。

武漢長進激光技術有限公司基于20年特種光纖培育經驗，專門推出了單摻鉺光纖、鉺鐿共摻光纖等系列光纖。用于1550nm光纖激光雷達的摻鉺光纖、鉺鐿共摻保偏光纖。

特別是激光雷達用鉺、鐿共摻保偏光纖的進口受到限制。作為國內首家推出鉺鐿共摻保偏光纖的企業(yè)，長進激光旨在突破國外封鎖，保障我國激光雷達產業(yè)快速發(fā)展。

據悉，上述光纖指標已達到同類進口產品水平，部分參數指標超過進口產品。產品一經推出，就得到了客戶的廣泛認可。

激光雷達的應用

激光測距

激光測距一般采用脈沖激光器作為光源。1550nm脈沖激光器具有激光發(fā)散角小、脈沖能量高、人眼安全等優(yōu)點，使其成為激光測距的理想光源。

脈沖激光測距的基本原理是激光器發(fā)出激光脈沖，遇到障礙物后反射回來，被接收系統接收并處理。通過激光發(fā)射信號與反射信號之間的時間差可以計算出目標距離。激光測距多應用于電力、建筑、地質、消防、鐵路、農業(yè)、林業(yè)、軍事等領域。

1550nm光纖激光器具有體積小、轉換效率高、光束質量好等優(yōu)點。常用的增益介質是鉺光纖和鉺鐿共摻光纖。通過980nm泵浦和單模鉺光纖實現一級放大。采用940nm泵浦和雙包層鉺鐿共摻光纖完成二級放大。如圖1所示。

圖nm脈沖光纖激光器示意圖

車載激光雷達

近年來，自動駕駛的概念被越來越頻繁地提及，自動駕駛技術也在快速發(fā)展。車載激光雷達被認為是L3級及以上自動駕駛的必備傳感器。它主要利用激光的飛行時間來確定到障礙物的距離。同時，它利用激光束測量障礙物輪廓與汽車的相對距離，然后將這些信息繪制成周圍環(huán)境的高精度3D地圖，從而保證無人駕駛。安全。

圖2車載激光雷達應用

目前，激光雷達制造商主要使用波長為905nm和1550nm的激光發(fā)射器。波長1550nm的光不易在人眼液中傳輸，這意味著使用波長1550nm的激光的激光雷達的功率可以相當高，而不會造成視網膜損傷。

更高的功率意味著更長的探測距離，更長的波長意味著更容易穿透灰塵和霧霾。因此，1550nm激光雷達日益成為車載激光雷達的重要技術方案。

盡管有業(yè)內人士認為1550nm激光器成本居高不下，但他們可以通過自身的研發(fā)能力和供應鏈能力降低1550nm激光雷達的整體成本，從而為客戶提供高性價比的激光雷達產品。

測風激光雷達

隨著國家對環(huán)境的高度重視，風電作為新能源逐漸成為國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)，風電裝機容量持續(xù)增長。據相關研究顯示，到2030年左右，風力發(fā)電總量占總發(fā)電量的比重將達到26%。然而，由于風能在自然界中是一種不可控的資源，如何充分利用風資源就顯得尤為重要。

由于山頂和沿海風力資源非常豐富，而風力發(fā)電機葉片又大又重，重達20噸左右，因此風力發(fā)電機的建造難度相當大。在極端氣候下，如果葉片不能根據風向實時調整方向，可能會導致葉片和機組損壞，造成重大經濟損失。通過安裝測風激光雷達，實時監(jiān)測風向，及時調整葉片方向，可以有效保證風力發(fā)電機的安全使用，提高發(fā)電效率。

相干多普勒測風激光雷達作為一種新型移動式測風雷達，具有測量精度高、時空分辨率高、探測范圍廣、響應速度快等優(yōu)點，已成為測風雷達的主流解決方案。多普勒測風激光雷達利用光的多普勒效應，通過測量激光束在大氣環(huán)境中發(fā)射的回波信號的多普勒頻移來演示風速的分布。

多普勒測風激光雷達有兩種檢測方式，即相干檢測和非相干檢測。相干檢測測量返回光信號和發(fā)射激光信號之間的差頻信號，而非相干檢測測量返回信號和發(fā)射激光信號的能量變化。相干檢測不易受環(huán)境影響，具有靈敏度高、易于設備集成等優(yōu)點。它廣泛應用于商業(yè)測風激光雷達系統。

1.5m保偏光纖激光器具有人眼安全、探測距離遠等優(yōu)點，是相干測風雷達光源最成熟的解決方案。

圖nm測風激光雷達示意圖

圖3是1550nm相干測風激光雷達的簡單示意圖。如圖所示，種子激光器輸出的激光經過保偏分束器將激光分成兩束。

光束經過AOM調制后，經過摻鉺光纖放大器預放大，然后經過鉺鐿共摻光纖放大器放大，以增加脈沖激光的能量，然后通過激光循環(huán)器，通過望遠鏡聚焦在目標位置。聚焦的激光束隨大氣中的氣溶膠顆粒發(fā)生散射，部分反向散射能量通過望遠鏡耦合到循環(huán)器。

保偏分束器分出的另一束激光作為本振光，循環(huán)器接收到的激光經過單模保偏耦合器進入平衡探測器進行混頻。混合信號經過低通濾波和放大。由模擬采集卡采集并存儲，最后由計算機完成處理工作。整個系統使用的光纖和光纖無源器件均為保偏光器件，因為保偏器件可以最大限度地減少由于回波激光與本振光偏振態(tài)不匹配而產生的噪聲，并改善信號光和本振光。相干效率，最終提高系統信噪比，從而實現精確測量。

鉺鐿共摻光纖的研究現狀

鉺光纖和鉺鐿共摻光纖是1550nm激光雷達光源的核心增益材料。由于制造難度極大，其核心生產技術和工藝一直被國外光纖企業(yè)壟斷。

長期以來，國內相關激光雷達企業(yè)高價采購國外鉺、鐿光纖，進行相關激光雷達的研發(fā)和生產，嚴重制約了我國激光雷達產業(yè)的發(fā)展。

特別是在當前國際形勢下，國外不斷加強對國內的技術封鎖。測風激光雷達光源的核心增益材料受到限制進口，采購越來越困難。未來可能會面臨無法購買的情況。這就限制了我國激光雷達產業(yè)向國外的發(fā)展，整個產業(yè)鏈處于非常被動的局面。

長進激光通過20多年的技術積累和創(chuàng)新研發(fā)，成功研發(fā)出鉺鐿共摻光纖、保偏摻鉺光纖、保偏鉺鐿共摻光纖。其中鉺鐿共摻光纖于2017年發(fā)布，出貨量達到100公里，光纖性能和一致性達到進口光纖水平，客戶滿意度高。特別是國外戰(zhàn)略限制出口的25/300系列大芯徑鉺鐿保偏光纖研發(fā)成功。其光纖規(guī)格和性能已達到國外知名光纖水平，客戶評價極高。

長進激光自主研發(fā)的6/125摻鉺光纖和10/125雙包層鉺鐿共摻光纖已成功應用于1550nm脈沖光纖激光器。圖4顯示了鉺和鐿共摻光纖的光纖橫截面和斜率效率。

圖4鉺鐿共摻光纖截面圖及其光效率

長進激光10/128鉺鐿共摻保偏光纖的截面和斜率效率如下圖所示：

圖510/128保偏鉺鐿共摻光纖截面圖及其光效率

長進激光25/300保偏鉺鐿共摻光纖的截面和斜率效率如下圖所示：

圖625/300鉺鐿共摻保偏光纖截面圖及其斜率效率

隨著激光雷達技術的發(fā)展，鉺、鐿共摻光纖的使用將越來越廣泛。長進激光一定會順應市場需求，持續(xù)投入鉺鐿共摻光纖，為國內激光雷達等行業(yè)的發(fā)展提供利好。技術支援。

2021年9月16日至18日，第二十三屆中國國際光電博覽會將在深圳國際會展中心盛大舉辦。一年一度的深圳光博會匯聚了眾多通信、激光、光電行業(yè)相關企業(yè)參展。呈現逐年擴大趨勢。作為國內知名光纖制造商，長進激光將在展會上展示最新的光纖產品及其光纖研發(fā)成果。歡迎各行業(yè)相關人士前來洽談。