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應用丨激光技術促進信息技術的發展

來源:楚天中穀聯創2024-04-08 我要評論(0 )   

激光技術在信息領域的廣泛應用,直接推動了人類文明進入信息時代,對信息領域具有最深遠和廣泛的影響,並突出體(ti) 現在基於(yu) 激光技術發展起來的光通信、激光顯示、光存儲(chu) 、...

激光技術在信息領域的廣泛應用,直接推動了人類文明進入信息時代,對信息領域具有最深遠和廣泛的影響,並突出體(ti) 現在基於(yu) 激光技術發展起來的光通信、激光顯示、光存儲(chu) 、光傳(chuan) 感等幾個(ge) 信息領域。


光通信技術

現代通信技術對激光的依存度非常高,是激光技術最重要的應用領域,采用激光為(wei) 載波的光通信技術已經成為(wei) 最重要的現代通信技術。光通信可以實現語音、圖像和數據等信息傳(chuan) 輸,具有速率高、容量大、抗幹擾能力強等優(you) 點,根據傳(chuan) 輸媒介主要分為(wei) 光纖通信和無線激光通信。

01
光纖通信

光纖通信以激光源為(wei) 載波、光導纖維為(wei) 傳(chuan) 導媒質,來實現信息的傳(chuan) 輸,已經應用 40 多年。光纖通信的傳(chuan) 輸速度更快、能量損耗更小、激光調製速率更高,對通信性能的提高是顛覆性的,具有巨大的經濟價(jia) 值和無限的產(chan) 業(ye) 前景 。

作為(wei) 20 世紀人類社會(hui) 所取得的最偉(wei) 大的技術成就之一,光纖通信技術是人類向信息化時代邁進不可替代的重要基石,已成為(wei) 全球信息化的支撐技術,導致了經濟全球化,改變了形成幾百年的經濟模式,人類生活質量獲得迅速提升。

02
無線激光通信

無線激光通信結合了無線電通信和光纖通信的優(you) 點,抗幹擾能力強、抗截獲能力強、安全性好、通信速率高、傳(chuan) 輸速度快、信息容量大,還具有係統體(ti) 積小、重量輕、功耗低、施工簡單、靈活機動的特點,在軍(jun) 事和民用領域均具有重大的戰略需求與(yu) 應用價(jia) 值 。

圖片

無線激光通信技術獲得了全麵突破,並延伸到水下、大氣和室內(nei) 可見光通信。隨著人類科技進步和對信息的需求,無線激光通信技術將成為(wei) 通信領域舉(ju) 足輕重的傳(chuan) 輸技術,推動物聯網、智聯網的發展,甚至改變人類生產(chan) 、生活和文化模式。


激光顯示技術

激光顯示技術是繼黑白顯示、彩色顯示、數字顯示之後的第四代顯示技術,是激光技術、光電子技術、半導體(ti) 技術等高速發展、綜合集成的產(chan) 物。

隨著激光技術的成熟,激光顯示突破了 12 bit 顏色灰階編碼不重疊,亮度高並可精確控製在人眼最佳視覺感知區,實現 8 K 幾何高清,三基色半導體(ti) 激光器(LD)激光顯示技術是唯一能夠全麵實現ITU-BT.2020 標準的顯示技術。

由於(yu) 激光具有方向性好、單色性好和亮度高三個(ge) 基本特性,可實現大色域、雙高清(幾何、顏色)視頻圖像顯示和真三維顯示,被認為(wei) 是實現高保真圖像再現的最佳技術途徑,是新型顯示的主流發展方向。


光存儲(chu) 技術

隨著各種信息爆炸式增長,日常需要處理的信息容量將以太字節計,信息流以太字節每秒計。激光器發明後,光存儲(chu) 技術獲得了發展,采用激光光源,顛覆了磁存儲(chu) 技術的容量概念。

光存儲(chu) 采用非接觸方式讀、寫(xie) 、擦,對盤麵損傷(shang) 小,數據存儲(chu) 壽命長且存儲(chu) 介質穩定,數據可保存 10 年以上,且移動性好、成本低,成為(wei) 當今乃至未來應用最廣、效率最高、容量最大的存儲(chu) 技術。

麵對大數據、雲(yun) 計算、物聯網、人工智能的需求,超大容量光存儲(chu) 技術得到快速發展,容量已經超過太字節,並發展了體(ti) 全息存儲(chu) 、近場光學存儲(chu) 和雙光子雙穩態存儲(chu) 技術等多種光存儲(chu) 技術。采用激光全息技術的全息存儲(chu) ,能實現三維圖像存儲(chu) ,具有更大的存儲(chu) 容量。


光傳(chuan) 感技術

光傳(chuan) 感技術與(yu) 光通信技術相似,是以光為(wei) 載體(ti) ,感知和傳(chuan) 輸外界信號(被測量)的傳(chuan) 感技術。從(cong) 大規模應用角度來看,主要光傳(chuan) 感技術大體(ti) 分為(wei) 激光雷達和光纖傳(chuan) 感,其他一些光電傳(chuan) 感、激光傳(chuan) 感器技術分布在很多行業(ye) ,伴隨著行業(ye) 技術的進步不斷發展。

01
激光雷達

相比毫米波、微波和超聲波雷達等相對成熟的傳(chuan) 統雷達技術,激光雷達可以極大提高雷達的距離、角度和速度分辨力,而激光的高方向性和高相幹性使其能夠遠距離抗幹擾探測。激光雷達從(cong) 軍(jun) 事應用開始,成為(wei) 最先進的主動遙感工具,發展了單點測距型、單通道掃描成像、多通道掃描成像、麵陣成像等,從(cong) 單通道二維掃描成像雷達發展到條紋管凝視成像雷達和門選通距離成像激光雷達。

用於(yu) 大氣監測,差分吸收激光雷達能夠對水蒸氣、臭氧、大氣汙染體(ti) 等進行測定,後向散射激光雷達探測雲(yun) – 氣溶膠和可吸入顆粒物的濃度和立體(ti) 分布,多普勒激光雷達測量風速和風切變等信息,並能夠檢測沙塵暴。

激光雷達還可以探測海洋深度、暗礁、魚群和勘查海難,探測深海中難以發現的寶貴資源、海洋浮遊生物和葉綠素濃度等,利用拉曼散射測量海洋次表層溫度,利用布裏淵散射可測量溫度、海洋聲速和鹽度,利用熒光效應測量因各種事故而泄露在海麵上的油氣。

在軍(jun) 事上,激光雷達用於(yu) 偵(zhen) 察成像、障礙物躲避、化學試劑探測、水雷探測和武器製導等。激光雷達可以用於(yu) 對目標的三維測繪、航天器交會(hui) 對接。

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另外,激光雷達技術已經是無人駕駛領域的關(guan) 鍵技術,未來會(hui) 改變人類社會(hui) 的交通方式。

激光雷達關(guan) 鍵技術主要包括激光發射機技術、空間掃描技術、高靈敏度接收機設計技術、終端信息處理技術等。激光雷達依賴激光器(激光發射機)性能,按激光波段分為(wei) 紫外激光雷達、可見激光雷達和紅外激光雷達,按激光介質分為(wei) 氣體(ti) 激光雷達、固體(ti) 激光雷達和半導體(ti) 激光雷達,按發射波形分為(wei) 脈衝(chong) 激光雷達、連續波激光雷達和混合型激光雷達等。激光器的技術發展直接決(jue) 定了激光雷達的技術進步和應用推廣。隨著新興(xing) 的光纖激光器、量子級聯激光器等技術的發展,激光器在波段拓展可調諧及線寬、能量、脈衝(chong) 等技術指標上不斷提高性能,也將促進激光雷達達到更高的測量精度和更好的實用性。

02
光纖傳(chuan) 感

光纖傳(chuan) 感技術隨著光纖通信技術的發展成熟,采用激光源作為(wei) 傳(chuan) 感信號,利用光纖及光纖器件等作為(wei) 傳(chuan) 感器,通過對傳(chuan) 感激光的解調獲得傳(chuan) 感信息,具有不受電磁幹擾、體(ti) 積小、分布式、易集成、測量精度高、可自組網等優(you) 點。

在實際應用中,往往將各種傳(chuan) 感器組成光纖傳(chuan) 感網,對多種信號進行測量。根據光纖傳(chuan) 感網絡的應用需求,采用了量子級聯激光器、激光二極管、發光二極管、布裏淵光纖激光器、拉曼光纖放大器等各種激光源作為(wei) 傳(chuan) 感源,對溫度、壓力、流量、 位移、振動、轉動、彎曲、液位、速度、加速度、聲場、電流、電壓、磁場及輻射等物理量進行測量 ,已經廣泛應用於(yu) 軍(jun) 事、國防、航天航空、工礦企業(ye) 、能源環保、工業(ye) 控製、醫藥衛生、計量測試、建築、家用電器等多個(ge) 領域。


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