激光雷達是一種新興崛起的感知硬件，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飛速發展，激光雷達作為一種環境感知傳感器，愈發受到行業重視，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。它是將脈沖激光作為信號源，并與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半導體光源。這種光源的優點是成本較低、相對成熟，最終產品的尺寸也相對較小，但抗干擾能力弱，探測距離短，對雨霧的穿透力不足，最重要的一點是905nm激光在人眼安全方面存在不小的風險。相較于905nm半導體激光器，1550nm光纖激光器具有光束質量好、峰值功率高、探測距離遠、人眼安全等優點，已逐漸成為未來無人駕駛、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）基于20年特種光纖深耕經驗，為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系列光纖。尤其是激光雷達用的鉺鐿共摻保偏光纖，目前已被限制進口。長進激光作為國內第一家推出鉺鐿共摻保偏光纖的企業，旨在突破國外封鎖，為我國激光雷達產業的快速發展保駕護航。據悉，上述光纖指標達到進口同類產品水平，部分參數指標超過進口產品。產品一經推出，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沖式激光器作為光源。1550nm脈沖激光具有激光發散角小、脈沖能量高、人眼安全等優點，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射激光脈沖，該激光脈沖在擊中障礙物后被反射回來并被接收系統接收和處理，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。激光測距多應用于電力、建筑，地質，消防，鐵路，農業，林業，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泵浦與單模鉺纖進行第一級預防大，二級放大則采用940nm泵浦與雙包層鉺鐿共摻光纖完成，如圖1所示。

圖1、1550nm脈沖光纖激光器原理圖

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是 L3 級及以上自動駕駛必備傳感器。其主要通過激光的飛行時間確定與障礙物的距離，同時通過激光光束測量障礙物物體輪廓與汽車之間的相對距離，再將這些信息繪制成周圍環境高精度3D地圖，從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905nm和1550nm的激光發射器，波長為1550nm的光線不容易在人眼液體中傳輸，這意味著采用波長為1550nm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車載激光雷達的重要技術方案。雖然有行業人士認為 1550nm激光器成本居高不下，但通過自身研發能力與供應鏈能力降低 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

隨著國家對環境的重視，風力發電作為一種新能源逐漸成為國家戰略性新興產業，風力發電裝機量持續增長。據有關研究指出，到2030年左右，風力發電總量占電力總量的比例會達到26％。但是風能作為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重要。由于山頂和沿海的風力資源非常豐富，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并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。

相干多普勒測風激光雷達作為一種新型的移動測風雷達，具有測量精度高、時空分辨率高、探測范圍廣、響應速度快等優點，成為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種，分別是相干探測與非相干探測方式。相干探測測量的是返回光信號與發射激光信號之間的差頻信號，非相干探測測量的是返回信號與發射激光信號的能量變化。相干探測不易受環境的影響，并且具有較高的靈敏度和器件容易集成等優點，被廣泛應用于商業化的測風激光雷達系統中。

1.5μm保偏光纖激光具有人眼安全及探測距離遠等優勢，成為相干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1550nm相干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兩束。一束經過AOM（聲光調制器）調制后，經過摻鉺光纖放大器（EDFA）進行預放大，然后通過鉺鐿共摻光纖放大器（EYDFA）進行放大，提高脈沖激光的能量，再經過激光環形器，通過望遠鏡聚焦到目標位置。聚焦的激光束與大氣中的氣溶膠粒子發生散射作用（激光波長與氣溶膠粒子尺寸相差不大），其中后向散射的部分能量，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本振光與環形器接收的激光，經過單模保偏耦合器進入平衡探測器進行混頻，混頻之后的信號經過低通濾波、放大之后被模數采集卡采集、存儲，最終由計算機完成處理工作。整個系統中使用的光纖和光纖無源器件均為保偏光器件，因為保偏器件能夠最大程度上減小由于回波激光偏振態與本振光不匹配導致的噪聲，提高信號光和本振光的相干效率，并最終提高系統信噪比，從而實現精確測量。

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，由于制造難度極大，其生產核心技術及其工藝一直都被國外光纖企業壟斷。長期以來，國內的相關激光雷達企業都是通過高價購買國外的鉺鐿光纖來進行相關激光雷達的研發與生產，嚴重制約了我國激光雷達產業的發展。特別是在目前的國際形勢下，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（25/300保偏鉺鐿共摻光纖）已經被限制進口，購買難度越來越大，未來可能面臨無法購買的局面。這就使我國的激光雷達行業的發展受限于國外，整個產業鏈都處于非常被動的局面。

長進激光通過二十多年的技術積累和創新研發，成功研制出鉺鐿共摻光纖、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）年出貨量達百公里，光纖的性能及一致性均達到進口光纖水準，客戶滿意度高。特別是作為國外戰略限制出口的25/300系列大纖芯鉺鐿保偏光纖也已經研制成功，在光纖規格和性能方面均達到國外知名光纖水準，客戶評價極高。

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于1550nm脈沖光纖激光器中。如圖4為鉺鐿共摻光纖的光纖截面圖（左）與斜率效率（右）。

圖4、鉺鐿共摻光纖截面圖及其光光效率

長進激光10/128鉺鐿共摻保偏光纖截面圖及斜率效率如下圖所示：

圖5、10／128保偏鉺鐿共摻光纖截面圖及其光光效率

長進激光25/300保偏鉺鐿共摻光纖截面圖及斜率效率如下圖所示：

圖6、25／300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展，鉺鐿共摻光纖的用途會越來越廣泛，長進激光也必定會順應市場需求，對鉺鐿共摻光纖進行持續投入，為國內激光雷達等行業的發展提供有利的技術支撐。