激光雷達是一種新興(xing) 崛起的感知硬件，憑借強大的三維感知能力被越來越多的行業(ye) 所熟知。近兩(liang) 年，隨著無人駕駛、遙感測繪、測距測風等新技術的飛速發展，激光雷達作為(wei) 一種環境感知傳(chuan) 感器，愈發受到行業(ye) 重視，顯示出巨大的市場前景！

激光雷達一般是由激光器、激光發射機、激光接收機、計算機處理等模塊構成。它是將脈衝(chong) 激光作為(wei) 信號源，並與(yu) 激光接收機接收的信號做比較，用相位、頻率、偏振以及振幅等參數通過計算機處理得到我們(men) 想要的信息。激光光源是激光雷達核心裝置，相當一部分激光雷達采用905nm半導體(ti) 光源。這種光源的優(you) 點是成本較低、相對成熟，最終產(chan) 品的尺寸也相對較小，但抗幹擾能力弱，探測距離短，對雨霧的穿透力不足，最重要的一點是905nm激光在人眼安全方麵存在不小的風險。相較於(yu) 905nm半導體(ti) 激光器，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(you) 點，已逐漸成為(wei) 未來無人駕駛、車輛安全預警、測距、測風等激光雷達領域重要技術方案之一。

武漢長進激光技術有限公司（簡稱長進激光）基於(yu) 20年特種光纖深耕經驗，為(wei) 1550nm光纖激光雷達特別推出了單摻鉺光纖、鉺鐿共摻光纖以及鉺鐿共摻保偏光纖等係列光纖。尤其是激光雷達用的鉺鐿共摻保偏光纖，目前已被限製進口。長進激光作為(wei) 國內(nei) 第一家推出鉺鐿共摻保偏光纖的企業(ye) ，旨在突破國外封鎖，為(wei) 我國激光雷達產(chan) 業(ye) 的快速發展保駕護航。據悉，上述光纖指標達到進口同類產(chan) 品水平，部分參數指標超過進口產(chan) 品。產(chan) 品一經推出，獲得了客戶的廣泛認可。

激光雷達的應用

激光測距

激光測距一般采用脈衝(chong) 式激光器作為(wei) 光源。1550nm脈衝(chong) 激光具有激光發散角小、脈衝(chong) 能量高、人眼安全等優(you) 點，成為(wei) 激光測距的理想光源。脈衝(chong) 激光測距的基本原理是激光器發射激光脈衝(chong) ，該激光脈衝(chong) 在擊中障礙物後被反射回來並被接收係統接收和處理，通過激光器發射信號和反射信號的時間差，就可以計算出目標距離。激光測距多應用於(yu) 電力、建築，地質，消防，鐵路，農(nong) 業(ye) ，林業(ye) ，軍(jun) 事等領域。

1550nm光纖激光器具有體(ti) 積小、轉換效率高、光束質量好等優(you) 點。一般使用的增益介質是鉺纖及鉺鐿共摻光纖，通過980nm泵浦與(yu) 單模鉺纖進行第一級預防大，二級放大則采用940nm泵浦與(yu) 雙包層鉺鐿共摻光纖完成，如圖1所示。

圖1、1550nm脈衝(chong) 光纖激光器原理圖

車載激光雷達

近幾年來，自動駕駛的概念越來越被頻繁的提及，而自動輔助駕駛技術也在快速的發展，車載激光雷達被認為(wei) 是 L3 級及以上自動駕駛必備傳(chuan) 感器。其主要通過激光的飛行時間確定與(yu) 障礙物的距離，同時通過激光光束測量障礙物物體(ti) 輪廓與(yu) 汽車之間的相對距離，再將這些信息繪製成周圍環境高精度3D地圖，從(cong) 而保證了無人駕駛的安全性。

圖2、車載激光雷達應用

目前激光雷達廠商主要使用波長為(wei) 905nm和1550nm的激光發射器，波長為(wei) 1550nm的光線不容易在人眼液體(ti) 中傳(chuan) 輸，這意味著采用波長為(wei) 1550nm激光的激光雷達的功率可以相當高，而不會(hui) 造成視網膜損傷(shang) 。更高的功率，意味著更遠的探測距離，更長的波長，意味著更容易穿透粉塵霧霾。因此，1550nm激光雷達越來越成為(wei) 車載激光雷達的重要技術方案。雖然有行業(ye) 人士認為(wei) 1550nm激光器成本居高不下，但通過自身研發能力與(yu) 供應鏈能力降低 1550nm激光雷達的整體(ti) 成本，從(cong) 而為(wei) 客戶提供高性價(jia) 比的激光雷達產(chan) 品。

測風激光雷達

隨著國家對環境的重視，風力發電作為(wei) 一種新能源逐漸成為(wei) 國家戰略性新興(xing) 產(chan) 業(ye) ，風力發電裝機量持續增長。據有關(guan) 研究指出，到2030年左右，風力發電總量占電力總量的比例會(hui) 達到26％。但是風能作為(wei) 自然界一種不可控資源，如何充分利用好風力資源則顯得尤為(wei) 重要。由於(yu) 山頂和沿海的風力資源非常豐(feng) 富，而風力發電機的葉片非常大且沉重，重量達到20噸左右，因此風力發電機的建設難度相當巨大。而在極端氣候下，如果葉片不能根據風向實時調整方向，可能會(hui) 對葉片和機組造成損壞，造成重大經濟損失。通過安裝測風激光雷達實時監測風向並及時調整葉片的方向，可以有效的保障風力發電機的安全使用和提高發電效率。

相幹多普勒測風激光雷達作為(wei) 一種新型的移動測風雷達，具有測量精度高、時空分辨率高、探測範圍廣、響應速度快等優(you) 點，成為(wei) 測風雷達的主流方案。多普勒測風激光雷達是利用光的多普勒效應，通過測量激光光束在大氣環境中傳(chuan) 輸其回波信號的多普勒頻移來進行演示風速的分布。多普勒測風激光雷達的探測方式分兩(liang) 種，分別是相幹探測與(yu) 非相幹探測方式。相幹探測測量的是返回光信號與(yu) 發射激光信號之間的差頻信號，非相幹探測測量的是返回信號與(yu) 發射激光信號的能量變化。相幹探測不易受環境的影響，並且具有較高的靈敏度和器件容易集成等優(you) 點，被廣泛應用於(yu) 商業(ye) 化的測風激光雷達係統中。

1.5μm保偏光纖激光具有人眼安全及探測距離遠等優(you) 勢，成為(wei) 相幹測風雷達光源最成熟的方案。

圖3、1550nm測風激光雷達原理圖

圖3為(wei) 1550nm相幹測風激光雷達簡易原理圖。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為(wei) 兩(liang) 束。一束經過AOM（聲光調製器）調製後，經過摻鉺光纖放大器（EDFA）進行預放大，然後通過鉺鐿共摻光纖放大器（EYDFA）進行放大，提高脈衝(chong) 激光的能量，再經過激光環形器，通過望遠鏡聚焦到目標位置。聚焦的激光束與(yu) 大氣中的氣溶膠粒子發生散射作用（激光波長與(yu) 氣溶膠粒子尺寸相差不大），其中後向散射的部分能量，經過望遠鏡耦合到環形器。保偏分束器分出的另一束激光作為(wei) 本振光與(yu) 環形器接收的激光，經過單模保偏耦合器進入平衡探測器進行混頻，混頻之後的信號經過低通濾波、放大之後被模數采集卡采集、存儲(chu) ，最終由計算機完成處理工作。整個(ge) 係統中使用的光纖和光纖無源器件均為(wei) 保偏光器件，因為(wei) 保偏器件能夠最大程度上減小由於(yu) 回波激光偏振態與(yu) 本振光不匹配導致的噪聲，提高信號光和本振光的相幹效率，並最終提高係統信噪比，從(cong) 而實現精確測量。

鉺鐿共摻光纖的現狀

鉺纖及鉺鐿共摻光纖是1550nm激光雷達光源的核心增益材料，由於(yu) 製造難度極大，其生產(chan) 核心技術及其工藝一直都被國外光纖企業(ye) 壟斷。長期以來，國內(nei) 的相關(guan) 激光雷達企業(ye) 都是通過高價(jia) 購買(mai) 國外的鉺鐿光纖來進行相關(guan) 激光雷達的研發與(yu) 生產(chan) ，嚴(yan) 重製約了我國激光雷達產(chan) 業(ye) 的發展。特別是在目前的國際形勢下，國外不斷加強對國內(nei) 的技術封鎖，測風激光雷達光源的核心增益材料（25/300保偏鉺鐿共摻光纖）已經被限製進口，購買(mai) 難度越來越大，未來可能麵臨(lin) 無法購買(mai) 的局麵。這就使我國的激光雷達行業(ye) 的發展受限於(yu) 國外，整個(ge) 產(chan) 業(ye) 鏈都處於(yu) 非常被動的局麵。

長進激光通過二十多年的技術積累和創新研發，成功研製出鉺鐿共摻光纖、保偏摻鉺光纖以及保偏鉺鐿共摻光纖，其中鉺鐿共摻光纖（10/125）年出貨量達百公裏，光纖的性能及一致性均達到進口光纖水準，客戶滿意度高。特別是作為(wei) 國外戰略限製出口的25/300係列大纖芯鉺鐿保偏光纖也已經研製成功，在光纖規格和性能方麵均達到國外知名光纖水準，客戶評價(jia) 極高。

長進激光自主研發的6/125摻鉺光纖以及10/125雙包層鉺鐿共摻光纖已成功應用於(yu) 1550nm脈衝(chong) 光纖激光器中。如圖4為(wei) 鉺鐿共摻光纖的光纖截麵圖（左）與(yu) 斜率效率（右）。

圖4、鉺鐿共摻光纖截麵圖及其光光效率

長進激光10/128鉺鐿共摻保偏光纖截麵圖及斜率效率如下圖所示：

圖5、10／128保偏鉺鐿共摻光纖截麵圖及其光光效率

長進激光25/300保偏鉺鐿共摻光纖截麵圖及斜率效率如下圖所示：

圖6、25／300鉺鐿共摻保偏光纖截麵圖及其斜率效率

隨著激光雷達技術的發展，鉺鐿共摻光纖的用途會(hui) 越來越廣泛，長進激光也必定會(hui) 順應市場需求，對鉺鐿共摻光纖進行持續投入，為(wei) 國內(nei) 激光雷達等行業(ye) 的發展提供有利的技術支撐。