在光纤照明中，因为光导纤维只是一个传光的载体而本身并不发光，因此不可避免的需要配套选用冷光源。 所谓的冷光源，就是将发光体发出的光线中产生热量部分的红外光有效的过滤掉。我们在市面上常见的照明用冷光源主要分为金属卤化灯冷光源、卤素灯冷光源及LED冷光源。 金属卤化灯冷光源主要特点是发光效率可以达到80-90流明/瓦，显色指数可以达到90以上。光谱范围比较宽，品质好的金属卤化灯泡使用寿命一般可以达到5000小时左右。在需要高强度照明的地方，金属卤化灯冷光源是常用的选择，缺点是其价格比较高，启动需要专门的触发器，因为其启动后亮度是逐渐增加，启动较为缓慢。 卤素灯冷光源主要特点是发光效率一般是30-50流明/瓦，色温一般在2700-3200K, 显色指数一般在80以上。灯泡的额定寿命50-1000小时。一般在光纤冷光源中，卤素灯泡配用椭球反光杯聚光。使用功率一般是50-250W，因为其发光效率一般，在100瓦以上的功率使用中，光线汇聚后的聚焦点温度会很高，因此卤素灯冷光源在选用时需要注意其隔热和散热，如果没有做有效的处理，其聚焦点产生的高温会烧坏光纤的端面。 LED冷光源是近年来发展最快的产品。白光的LED冷光源色温在2700-6500K，显色指数70-92，使用寿命可达30000小时因为其发光效率高，响应速度快且寿命长，总体功率小节能降耗，因此越来越多的场合都逐步使用LED冷光源。白光的LED冷光源缺陷是其发光光谱不是连续光谱。同时LED冷光源发光芯片的发光角比较大，耦合光纤时都需要二次光学配光，二次光学的配光效率对其整体的有效输出非常重要，因此功率不是越高其照度值就越高，更重要的是要看其有效输出的光通量参数。 综上所述，在选择光纤照明配套的冷光源中，如果对光谱有较高的要求，可以选择金属卤化灯冷光源及卤素灯冷光源，如果对使用寿命和控制响应速度有要求的，可选LED冷光源。随着LED半导体技术的不断发展，更大功率的LED发光芯片也在不断的推出，其有效的光通量输出也会越来越高，加上优化的二次光学设计，总体超过金属卤化灯冷光源及卤素灯冷光源的有效输出是完全可能的。同时以上几种冷光源，都需要注意其散热的设计，是否有效的隔绝了光线中红外光部分。

近年来，深度学习在光学设计领域的应用引起了广泛关注。随着光子学结构设计成为光电子器件和系统设计的核心，深度学习为这一领域带来了新的机遇和挑战。传统的光子学结构设计方法通常基于简化的物理解析模型及相关经验，这种方法虽然可以得到所需的光学响应，但效率低下且可能错过最佳设计参数。、 深度学习通过数据驱动的思想建模，从大量数据中学习研究目标的规律与特征，为解决光子学结构设计面临的问题提供了新方向。例如，深度学习可以用于预测和优化光子学结构的性能，实现更高效、更精确的设计。 在光子学结构设计领域，深度学习已被应用于多个方面。一方面，深度学习可以帮助设计超构材料、光子晶体、等离激元纳米结构等复杂的光子学结构，以满足高速光通信、高灵敏度传感和高效能源收集及转换等应用需求。另一方面，深度学习还可以用于优化光学元件的性能，如透镜、反射镜等，以实现更好的成像质量和更高的光学效率。 此外，深度学习在光学设计领域的应用还推动了其他相关技术的发展。例如，深度学习可以用于实现智能光学成像系统，通过自动调整光学元件的参数来适应不同的成像需求。同时，深度学习还可以用于实现高效的光学计算和信息处理，为光学计算和信息处理领域的发展提供了新的思路和方法。 总之，深度学习在光学设计领域的应用为光子学结构的创新提供了新的机遇和挑战。未来，随着深度学习技术的不断发展和完善，相信它将在光学设计领域发挥更加重要的作用。

人们开发光纤最初的目的是为了用于通信。但在光纤开发进程中，有意或无意开发出了功能特殊、品种繁多、规格差异的光纤，同时也发现光纤除了可以应用于通信，还可以应用到照明、医疗、电力、传感等领域。 这些不在常规光纤之列的光纤——特种光纤，如紫外光纤、红外光纤、耐高温光纤、抗辐照光纤、光敏光纤、钬激光光纤、保偏光纤、保圆光纤、光子晶体光纤、掺杂光纤、塑料光纤等等，在通信、传感、医学、航空航天、材料加工、电力、石化和军事等领域发挥着重要的作用，由此而衍生出的产业链发展迅猛。 特种光纤的产业链蕴藏巨大商机，相关机构都界定了自己认知的特种光纤。目前搜索到的特种光纤定义如下。 百度“科普中国”：特种光纤是在特定波长上使用，由特种材料制造并具有特种功能。 通信产业网/华经产业研究院/观研报告网：特种光纤是在特定波长上使用，为实现某特种功能而设计制造的光纤。 共研网：除常规通信光纤以外的具有特殊功能的各类光纤的总称。 国盛通信团队：特种光纤可以定义为不符合单模和多模通信光纤标准的光纤。 中国电线电缆网：从狭义来讲，特种光纤是区别于国际通信标准光纤的特殊性能和用途的特殊用途光纤；从广义来讲，包括特种光纤以及通信光纤特种光缆甚至组件在内的都属于特种光纤(产品)范畴。 国内大公司：特种光纤包括有源光纤、传能光纤、保偏光纤、掺杂光纤、抗辐射光纤、耐高温光纤、抗旋转光纤、抗弯光纤等等。 国内小公司：玻璃光纤、石英光纤（除通信光纤外）、红外光纤、紫外光纤、荧光光纤、塑料光纤、液芯光纤、氛围灯光纤等。 RP Photonics Encyclopedia（RP光子学百科全书）： Specialty Fibers: optical fibers with special designs or materials. 特种光纤：具有特殊设计或使用特种材料制造的光纤。 Rüdiger Paschotta博士是著名的 RP 光子学百科全书的作者，在激光和放大器、非线性光学、光纤技术、超短脉冲和光学噪声等技术领域享有国际声誉。 鸿照公司比较认同Rüdiger Paschotta博士对特种光纤的定义，简洁明了准确，而且可以涵盖上述各种特种光纤的定义。特种光纤在很多应用领域都起到了关键作用，而领域之间的差异又大，所以涉及到某一个具体领域，还是利用该领域内公允的术语来命名该品种光纤更为合适。

光纤，光导纤维（optical fiber）的简称，是大家都很熟悉的一个热词。 1966年，“光纤之父”高锟发表了一篇具有历史意义的论文，从理论上阐述了光纤损耗可以降低到20dB/km并用于通信领域。 1970年，美国康宁（Corning）公司研制出损耗20dB/km石英光纤，光纤通信时代正式开启。 1973年，美国贝尔实验室建成了世界上第一个光纤通信系统。三年后，在亚特兰大到华盛顿间建立了世界第一条实用化的光纤通信线路。从此以后，光纤通信技术以爆炸性的速度发展，30多年间经历了五代演变。 那么，什么是光纤呢？我们摘录了一些权威机构（部门）对光纤的定义。 1. Encyclopedia（百科全书），引用了McGraw-Hill Dictionary of Scientific & Technical Terms（McGraw-Hill科技术语词典） A long, thin thread of fused silica, or other transparent substance, used to transmit light. Also known as light guide. 由熔融二氧化硅或其它透明物质制成的一种细长线，用于传输光线，也被称为光导。 Wikipedia Encyclopedia（维基百科） An optical fiber (or fibre in British English) is a flexible, transparent fiber made by drawing glass (silica) or plastic to a diameter slightly thicker than that of a human hair. 光纤是一种由玻璃(二氧化硅)或塑料制成的、直径比人的头发略粗的柔韧、透明的纤维。 3. The American Heritage® Dictionary of the English Language, Fifth Edition（美国传统英语词典） A flexible transparent fiber of extremely pure glass or plastic, generally between 10 and 200 microns in diameter, through which light can be transmitted by successive internal reflections, commonly used in telecommunications. 由超纯玻璃或塑料构成的一种柔韧透明纤维，直径通常在10-200μm之间，光可以在该纤维内通过连续反射的方式传播，通常用于通信。 4. RP Photonics Encyclopedia（RP光子学百科全书） A kind of long and thin optical waveguides which can be bent to some degree. 一种细长的可以弯曲到某种程度的光波导。 5. 百度百科（“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目审核） 光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。传输原理是“光的全反射”。 南京鸿照公司认为：光纤是一种可以传输信息和能量的细长纤维。光纤材料可以是玻璃类、塑胶等。因为有些光纤不透明，有些光纤不柔韧。 百度百科列举了很多光纤名称：单模光纤、多模光纤、石英光纤、掺氟光纤、红外光纤、复合光纤、氟化物光纤、塑包光纤、塑料光纤、色散位移光纤、色散平坦光纤、色散补偿光纤、偏振保持光纤、双折射光纤、抗恶环境光纤、密封涂层光纤、碳涂层光纤、金属涂层光纤、掺稀土光纤、喇曼光纤、偏心光纤、发光光纤、多芯光纤、空心光纤、高分子光导、保偏光纤等等。 光纤种类繁多，功能各异，叫法多样，如何对光纤进行分类呢？ITU-T（国际电信联盟）将通信光纤分为G651-G657七大类。用于通信的光纤，也称标准光纤、常规光纤。 如果简单地将光纤分为通信光纤和非通信光纤，非常不科学，会引起光纤分类的混乱。 “通信”中的“通”就是传输和交换；“信”就是信息（话音、图像、数据）。通信就是信息的传输和交换，通过电信号或者光信号形式将信息由一方传输到另一方。 市面上的玻璃光纤，显然不属于ITU-T圈定的通信光纤，但PCR仪用光纤、酶标仪光纤、电力光缆、火焰检测光纤、线路板缺陷检测光纤等产品，利用了玻璃光纤的通信功能，是短距离的“通信光纤”。 用于传感、检测方面的光纤，因为要传输信息并解码信息，都属于短距离的“通信光纤”；而用于传光（照明）、传能（激光切割、激光手术、激光碎石、激光针灸、光动力治疗等）的光纤，仅是将光能传输一段路径后释放出来，无需解码信息，属于“非通信光纤”。 另外，“通讯光纤”的叫法欠妥。《现代汉语词典》第7版：“通讯”为通信②（利用电波、光波等信号传送文字、图像等。根据信号方式的不同，可分为模拟通信和数字通信）的旧称。所以，“通信光纤”才是当下的标准词汇。 还有“光纤用于传像”的说法不严谨，因为单根光纤一般不能传像。若干根光纤规则排列，制成光纤传像束后才可以实现传像功能。 国家统计局在国家统计标准“统计用产品分类目录”中也是将光纤分为三种：单模光纤（代码3910010100）、多模光纤（代码3910010200）和特种光纤（代码3910010300）。 “统计用产品分类目录”是对全社会经济活动的产品进行标准的分类和统一编码，它适用于以产品为对象的所有统计调查活动，可以满足国民经济核算、工业、农业的产品产量统计和生产价格统计，以及其他统计调查对产品分类的需求，为各项普查、专项调查以及常规统计调查提供产品目录和框架。 所以，南京鸿照公司认为：将光纤分为常规光纤（通信光纤）和特种光纤比较合理，除了ITU-T 的G651-G657七大类光纤外，其余光纤都属于特种光纤，这也有利于国家对国内企业的统计、核算。 南京鸿照科技有限公司原创作品，版权归南京鸿照公司所有，欢迎大家摘录选用，摘录选用后须注明来自“南京鸿照科技有限公司网站”字样。

钬激光是波长2.1μm的脉冲式激光，与目前常用的体外冲击波碎石、气压弹道碎石相比，具有很强的安全性以及广泛的适用性。碎石过程中结石很少跑动，回冲率非常低，因而效率大为提高。它可以通过膀胱镜、输尿管镜及经皮肾镜直接碎石，不会造成组织损伤。而且钬激光光纤是可弯曲的，所以它对任何部位的输尿管结石、肾结石均可进行有效治疗。 研究表明，腔镜下钬激光碎石单次成功率在95％以上，治疗膀胱结石可达100％。这种手术为无创或微创手术，治疗过程中病人基本没有痛苦。既没有穿孔、出血的危险，还可同时治疗合并的尿路肿瘤、输尿管息肉、狭窄等。 钬激光碎石术流程是怎样的？ 具体过程是输尿管软镜下钬激光碎石术是利用一条直径3mm左右的纤维软镜，经过尿道、膀胱插入输尿管到达肾盂、肾盏内，利用钬激光光纤将输尿管上段结石及肾结石击碎后取出和引流排出。利用人体天然的泌尿系腔道，不在身体上做任何切口，是一种纯粹的泌尿外科腔内微创技术，因而备受患者青睐。 钬激光碎石术有哪些优点呢？ 1.精准、高效。钬激光脉冲靶点、能量、作用时间等均由计算机精确定位定量，在较短时间内便可达到一次性解决的效果。全程精确控制，医师直观影像手术，安全高效。 2.创伤小、安全。钬激光只对结石起作用，对周围的组织不产生热效应，所以在碎石的过程中，不会对周围的组织造成任何损失，也不会出现穿孔、出血的危险和一些传统手术带来的并发症。 3.速度快、治疗时间短。此激光对水有很强的吸附性，使激光能量集中在表层，有很好的切割能力和组织切除能力，使碎石的颗粒更细，为粉末状，因此碎石后排石时间显著缩短。 4.并发症少、更省钱。钬激光成功治疗泌尿结石术后，患者均无后遗症，并发症少，完全避免传统手术并发症多，造成身体组织二次伤害的弊端，大大缩短了患者治疗时间，费用也相应地减少。

自聚焦现象，包含了自聚焦原理、光纤中的自聚焦、应用、自聚焦现象是一个复杂而有趣的光学效应，它涉及到多个领域的知识，包括物理学、光学和通信技术。 自聚焦（Self focusing）和其他自作用(Self-action)现象已经有几十年研究了，很多潜在应用逐渐崭露头角：用于光功率限制器和光开关的设计；飞秒自聚焦观察到准直，相干的白光连续光穿过海拔高达百公里以上的大气层，这就可以有遥感的潜在应用。不过自聚焦效应也限制了光学介质传输功率；降低非线性光学过程发生的阈值；甚至会导致光学材料损坏，这就是在大功率激光系统设计中的限制因素。自聚焦现象是一种非线性光学过程，固体、气体、液体介质暴露于强电磁辐射的折射率变化引起的。其折射率会随光强的变化而发生相应的改变。当光束的强度在横截面上呈高斯分布（即钟形分布），且强度足够强以产生非线性效应时，材料的折射率横向分布也会呈现钟形。这种折射率的变化使得材料好像一个会聚透镜，能够将光束会聚起来。这种效应会持续进行，直到光束达到一个细丝极限为止。这种现象的物理机制主要基于非线性克尔效应，具有正的χ(3)的非线性克尔效应使得光轴上的光强较强，导致光束中间的折射率较高，从而产生聚焦效应。 如果n2＞0：自聚焦，如果n2＜0：自散焦其中n0是线性折射率，n2是表征光学非线性强度的光学常数，I是高斯强度。如果具有不均匀横向强度分布的光束（例如高斯轮廓）传播通过n2为正的材料，则可能发生自聚焦现象。非线性介质中光波场聚集现象，其折射率n取决于场强。如果一束强光束通过具有这种非线性的介质，由于高频克尔效应（Kerr），电致伸缩或加热引起的物质电子极化的非线性变化，介质的折射率n随场强的增加而增加。n的增加导致介质中发生非线性折射：光线在较大场强的方向上发生偏转。当光束的功率超过某个阈值时，非线性折射会抑制光束的衍射加宽，从而减小或完全消除光束的发散，在介质中会出现焦点。 随着功率增加，焦点的数量也会增加，并且焦点以接近光速的速度移动。在光的自聚焦中，场的聚焦比在通过透镜的普通聚焦中要强得多。光的自聚焦可导致电击穿，例如受激光的散射。在某些条件下，焦点的数量可能会变得很多，以至于光将在光束本身在非线性介质中形成的振荡介电波导中传播。对于具有临界功率的特定横截面的光束，横截面保持恒定。通过这种波导，光能可以长距离传输。这个现象在移动介质中也一样存在，例如在液体和气体的对流或扫描光束中，光束会从其初始方向偏转。偏转角取决于射束功率和介质的横向速度。 逆现象（光束的非线性展宽）称为散焦（defocusing）。在折射率随强度增加而降低的介质中会发生这种效应。热散焦是相对常见的，这是由于物质在被光加热时膨胀而导致的折射率降低所致。在激光辐射穿过冷凝的和气态的介质（包括空气和等离子体）的实验中，观察到了自聚焦和散焦。自聚焦的后果造成的结果：随着光束半径的减小进一步增加了Kerr透镜的强度，可能会导致光束完全塌陷：随着光束半径的减小，光学强度逐渐升高，从而进一步提高自聚焦效果。这种机制会导致了较高的光学强度，很容易破坏光学介质。当光功率高于临界功率时，就是一种失控的状态。自聚焦效应限制了光学介质传输功率；降低非线性光学过程发生的阈值；甚至会导致光学材料损坏，这就是在大功率激光系统设计中的限制因素。临界能量对于自聚焦的作用：临界功率不取决于原始光束面积。如果直径较大的光束会产生较弱的Kerr透镜现象，但它对透镜也更敏感。最初较大的光束需要更长的传播距离（给定的光焦度），直到其消失为止。我们比较关注二氧化硅的光纤，峰值功率的自聚焦极限约为4 MW（1μm波长）。（二）光纤的自聚焦光纤是一种能够引导光波在其中传播的细长介质，光纤的结构及折射率设计形成自身的波导，一般功率下，光纤可以完美的把信号或者能量从一端传输到另一端；当能量比较高，纤芯直径比较小的情况下，自聚焦现象就可能会出现。自聚焦会减小原有的有效模式直径。是否达到自聚焦存在一个临界功率。我们考察一下石英玻璃的临界功率。石英玻璃的光纤材质中最成熟的一种，非线性指数假定为2.2×10-20 m2/W。模场面积与光功率关系的数值计算就像这个图表示，红线就是临界功率点，达到了5MW。 这个5MW是什么意思？我们先来假设一个均匀介质材料（均匀的石英玻璃）如果功率恰好处于临界功率，即使没有波导结构（光纤的纤芯/包层结构），入射的光束在理论上可以表现出自陷（self-trapping）。光束在更长的距离内一直保持恒定传播。这就是因为光的发散被非线性的自聚焦补偿了。不过在实际应用中很少用，首先是这个脉冲个功率也不算低，另外这个“状态”很不稳定，即使微小偏差，也会迅速导致现象消失。光纤内的高阶模态也因为非线性的相互作用不稳定。比如将4 MW的功率耦合入光纤纤芯，原本的LP11模，经过大约12 mm的传播距离之后，光就变成了LP01和LP11的混合模式。 光丝（filamentation）：如果入射功率远高于自聚焦的临界阈值，可能伴随自聚焦会发生一条等离子通道（光丝，filamentation）。光脉冲能维持几乎不变的直径传输很长一段距离。这是自聚焦与等离子体散焦效应间的动态平衡。其中光束会分解为几束具有较小光焦度的光束。所得的光束方向可以是随机的，不过常常具有相当规则的结构。这个现象在远程遥感、远程探测空气污染物、激光引雷、脉冲压缩、控制闪电、人工造雨雪等领域具一定的应用价值。

石英玻璃（SiO2）的长波段和短波段光谱有一定的局限性，两个因素：如果太靠近紫外线，将被键合电子吸收；红外光将被Si-O网络的振动模式吸收。寻找到一个透光性非常好的玻璃，在上世纪80年代是很火爆的研究方向。以便将信息传送到更长距离的光网络中。石英玻璃纤维的衰减在1.55μm波长达到较低的数据（成熟的产品可以达到0.16dB/km，现在还有可以达到0.12dB/km的记录）。根据这个数据，实现80公里保持20％左右的能量传输。一条V形衰减曲线（黄色的是石英玻璃曲线、红色的是氟化物ZBLAN玻璃纤维）展示出光损耗与波长的精确值。 二氧化硅玻璃纤维和氟化物玻璃纤维的衰减曲线与波长的关系石英玻璃纤维的替代方案是基于ZrF4的氟化物玻璃。在紫外光谱的区域，导光情况类似；但在红外区域则完全不同。Zr-F的振动模式（vibration mode）远低于Si-O的振动模式，这从这张V型图上可以看到，这种成为ZBLAN的玻璃的曲线更深（衰减更低），对应的最小损耗比Si-O低约100倍。最低衰减区域出现在更长的波长（λ= 2.5μm）处。如果验证成功，意味着无中继器的光纤通信可能超过数百公里。不过呢，这是理论数据，实际操作中，这个目标没有达到，因为过渡金属（transition metals，即使是ppb含量的）和-OH等杂质无法完全避免。从另一方面考虑，氟化物玻璃的光学透明性能仍然是存在的。看来真正难点是提纯的方案了。 石英玻璃和太空中制备的ZBLAN玻璃60ZrF4、20BaF2、4LaF3、6AlF3和10NaF的复杂组成（ZBLAN的首字母缩写）的玻璃状态最稳定（不易析晶），适合于纤维拉伸（所谓的软玻璃很怕在拉丝过程中析晶）。形成玻璃的多面体为ZrF7，AlF6和LaF8，而Ba2 +和Na +起到改性剂的作用。这种玻璃包含稀土（RE）作为自然成分（natural constituent），这可以使光放大器或光纤激光器更快速的发展，因为ZBLAN材料更容易实现各类型稀土的掺杂，比石英玻璃有更多的可以使用的波长（more emission lines than silica glass）。 在看ZBLAN发展的过程中，在同一时期，化学气相沉积工艺（CVD）发明了，现在依然在使用着，这一技术让石英纤维的发展取得了巨大的进步，工业上也达到了的最终光学和机械性能的需求。

激光的波长和激光的分类直接相关，先看看激光的波长： 波长条上方显示了不同的激光类型，下方显示了可以在波长范围内发射的激光。线条的高度表示市售的最大功率/脉冲能量，而颜色将激光材料的类型编成代码）。大多数数据来自韦伯的《激光波长手册》《Weber's book Handbook of laser wavelengths》。 激光分类的方法有很多，可分为固体、气体、液体、半导体、染料和光纤等几种类型： 固体激光器（Solid state laser）一般体积小而坚固，脉冲辐射功率较高，应用范围较广泛。如：Nd:YAG激光器。Nd（钕）是一种稀土族元素，YAG代表钇铝石榴石，晶体结构与红宝石相似。还有Tm:YAG，Ho:YAG，Ho:YAG 等等。 半导体激光器（Semiconductor laser）体积小、重量轻、寿命长、结构简单，特别适于在飞机、军舰、车辆和宇宙飞船上使用。半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长，能将电能直接转换为激光能，所以发展迅速。 气体激光器（Gas laser）是其中通过气体释放电流以产生相干光的激光器。单色性和相干性较好，激光波长可达数千种，应用广泛。气体激光器结构简单、造价低廉、操作方便。在工农业、医学、精密测量、全息技术等方面应用广泛。气体激光器有电能、热能、化学能、光能、核能等多种激励方式。 液体染料为工作物质的染料激光器（Dye laser）于1966 年问世，广泛应用于各种科学研究领域。现在已发现的能产生激光的染料，大约 500 种左右。这些染料可以溶于酒精、苯、丙酮、水或其他溶液。它们还可以包含在有机塑料中以固态出现，或升华为蒸汽，以气态形式出现。所以染料激光器也称为 “ 液体激光器 ” 。染料激光器的突出特点是波长连续可调。燃料激光器种类繁多，价格低廉，效率高，输出功率可与气体和固体激光器相媲美，应用于分光光谱、光化学、医疗和农业。 化学激光器（Chemical Laser）有些化学反应产生足够多的高能原子，就可以释放出大能量，可用来产生激光作用。这主要是武器应用。比如氟化氢激光器能够提供兆瓦范围内的连续输出功率。 自由电子激光器（Free electron laser） 这类激光器比其他类型更适于产生很大功率的辐射。它的工作机制与众不同，它从加速器中获得几千万伏高能调整电子束，经周期磁场，形成不同能态的能级，产生受激辐射。 准分子激光器（Excimer laser，其实也属于气体激光之一）是一种紫外气态激光，处于激发态的惰性气体和另一种气体（惰性气体或卤素）结合的混合气体形成的分子，向其基态跃迁时发射所产生的激光，称为准分子激光。准分子激光属于低能量激光，无热效应，是方向性强、波长纯度高、输出功率大的脉冲激光，光子能量波长范围为157－353纳米，脉冲时间为几十纳秒，属于紫外光。最常见的波长有157 nm、193 nm、248 nm、308 nm、351-353 nm。 光纤激光器（Fiber laser）利用光纤中的增益介质（稀土元素）提供光信号的放大。光纤激光器有单端泵浦和双端泵浦两种，后者的输出功率可以达到更高。还在研发中的相干合成技术可以进一步扩展输出功率。 从连续性来分类有连续激光（Continuous laser）和脉冲激光（Pulsed laser and Ultrashort pulsed laser）, 脉冲激光：纳秒 (10e-6秒), 皮秒 (10e-9秒), 和 飞秒 (10e-12秒)甚至阿秒 (10e-15秒)激光。连续激光、较长脉冲激光和超短脉冲激光，同样作用在目标表面上，热效应差异很大。 其他类型的激光还有很多，拉曼激光（Raman laser）、金属蒸汽激光（Metal-vapor lasers），等等。针对不同的应用，还会有很多细分技术。作为工业4.0的基础，激光将会有越来越大的作为，欢迎大家讨论、交流，共同进步。

光纤光缆行业都非常熟悉石英玻璃。常规光纤的技术非常成熟，成本很低，光学性能优良，机械性能也非常不错。对红外（IR）透光的玻璃接触的比较少。其实玻璃家族非常庞大，例如氟化物和硫族化物玻璃（非氧化物）也具有良好的光学性能。适合红外的应用场景也有很多，例如：红外成像、医学、天文学和生物应用传感器等。 二氧化硅玻璃的优劣势：二氧化硅（SiO2）等氧化物玻璃，独特而卓越的性能统治着光学领域。覆盖了从紫外（UV）到可见光（visible）到近红外（NIR），红色是我们的视网膜敏感的区域。二氧化硅是出色的玻璃成型剂，材料的机械强度很高，也较好的抵御结晶和腐蚀。 石英玻璃其实就是沙子SiO2玻璃有一个固有的缺点：波长超过3μm不透明。透明度的限制是由于Si-O化学键的高振动模式（high vibration mode）。为了研发出能够透射超过3μm波长的光学器件，要寻找化学成分较弱（weaker chemical bond）且由较重原子（heavier atoms）组成的新成分。氟化物（fluoride）和硫属化物玻璃有很好的优势。 看看获得玻璃态材料基本标准是什么？必须具有聚合特性（polymeric character）；键角（bond angle）容易改变，才能熔融成粘稠的液体（viscous liquid）；通过共价键（covalent bonding）形成大分子。一般来说，高分子材料也可能是较大的阴离子（anion）。负电荷（negative charge）由在粘性液体中分布的一些大阳离子（large cations）补偿。这些大阳离子称为玻璃改性剂（modifier）。 玻璃如何由原子组成？玻璃是一种“无序状态”以二氧化硅为例，二氧化硅以方晶石到石英的多种形式存在。仅因Si-O-Si角的值不同而形成不同状态，一般是通过角共享SiO4四面体形成的。所以当二氧化硅熔化时，原子不会选择某一方向，并保持液态的无序状态。使用氟化物玻璃或硫族元素玻璃等材料时，情况几乎相同。当在一定温度下冷却液体，液体就会转变为结晶固体。对于大多数液体来说都是如此。 因此，其中一些液体拒绝遵循这一热力学定律。相反，它们变得越来越粘，直到粘度变为无限（viscosity becomes infinite）。获得的固体是冷冻液体（frozen liquid），这就是玻璃。根据不同的玻璃成分，冷却速度一般会要求很快，足够快，快到避免原子排列的任何排列，原子排列将使微晶成核。这一工艺是玻璃成型的核心！这种温度淬火过程（temperature quenching procedure）是靠经验的，这绝对是玻璃制造商的秘密之一。 退火以后，获得的玻璃是冷冻液体或具有无限粘度的液体。显示出化学键是连续均匀的。作为透光材料：在紫外光中，由于与键合电子的相互作用而产生的固有吸收（intrinsic absorption），在红外区与基体的相互作用（interactions with the phonon of the matrix），中间这个波长区域中，并没有什么原因中断光线传播。 玻璃与其他固体相比有一些独特的性能。可以把玻璃加热到称为玻璃化转变温度（Tg）的一个温度区域。高于Tg时，玻璃还记得自己是液体，后来变成塑料固体，其粘度随温度迅速变化。对粘度的控制是非常关键的，把控好玻璃的Tg就可以实现压模、制备光纤等复杂工艺。因为玻璃是不平衡的固体，所以玻璃的成型过程可能存在纳米晶体核的风险，纳米晶核会从玻璃基质中分离出来。部分结晶可能对光纤的传播有较大影响。根据玻璃的能量分布，这种无序的不平衡固体很容易转变为有序晶体。 析晶现象是可以通过差示扫描量热法（differential scanning calorimetry）检测Tx（区分清楚Tx是洁净温度、Tg是玻璃态温度）结晶温度来确认。Tx-Tg之差是评估玻璃形状的标准。尽量控制和避免纳米晶体的生成，因为会在IR中散射光，成为IR光纤传输的障碍。

金属卤化物钙钛矿具备优异的光电性能，已成为半导体领域当之无愧的“明星”材料，引起了学术界和工业界的极大关注。随着大量研究的投入，钙钛矿的应用涵盖了单光子源、微纳激光器、光电探测器、光逻辑门、光通信、波导、非线性光学等各个光学和光电子领域。因此，基于单一钙钛矿芯片构建和集成具有不同功能的光子器件是非常有前景的。 微纳加工技术的发展是将各种光电器件集成到单个芯片上来满足先进集成光学要求的关键一步，将在下一代信息技术的发展中发挥关键作用。 其中激光直写(DLW)是一种高效、非接触式、无掩模的微纳加工技术，它通过将激光束与显微镜耦合，来减小输出光斑的尺寸，实现高分辨率的微纳加工。根据制造机制和材料的阈值响应，DLW最佳分辨率通常在几个到几百个纳米之间。同时，DLW可以在同一基板上灵活地制造任意微纳结构，也可以利用空间光调制器将聚焦后的激光场改变成特定形状或同时产生多个焦点，从而满足大规模制造的需求。 激光具有高精度、无接触、易操作、无掩模等独特优点，是在半导体上操作、制造和加工微纳结构的优良工具。激光与钙钛矿具体的相互作用机理可以分为激光消融、激光诱导结晶、激光诱导离子迁移、激光诱导相分离、激光诱导光反应和其他激光诱导的转变等多种现象。这些不同的作用机理代表着钙钛矿晶体发生了不同的变化，比如，激光诱导结晶过程是钙钛矿前驱体的成核结晶过程，激光诱导相分离则是混合相钙钛矿分离成两个不同相的过程，都蕴含了丰富的物理现象。整个微纳加工过程的实施受到DLW参数的影响，如波长、脉冲/连续波、作用时间、功率和重复频率等。这些参数的选择为精确控制钙钛矿的微纳结构提供了灵活而有力的工具。 经过DLW加工后的钙钛矿材料在太阳能电池、发光二极管、光电探测器、激光器和平面透镜等领域有着广泛地应用，表现出更加优异的性能。与此同时，由于钙钛矿独特的离子特性，其在持续激光作用下出现了离子迁移、相分离、光致变色等现象，从而拓展了其在多色显示、光信息加密和存储等领域的应用。 与传统的半导体制造技术相比，DLW技术由于其简单的操作过程和高通量特性，大大提高了制造效率，有望大规模制造高分辨率的复杂微纳结构。更便宜和灵活可控的激光器结合钙钛矿半导体优越的光电性能，将为制备微纳结构钙钛矿光电器件带来巨大的应用潜力。目前相关研究还处于起步阶段，需要解决一些关键的技术瓶颈。预计在不久的将来，当这些瓶颈被突破后，相关基础研究和产业都将迎来巨大的进步。

众所周知，通常意义上的光纤由纤芯、包层和涂敷层构成。其中纤芯、包层决定了其光学特性，一般是用熔融石英在2000℃的环境下拉制，高温性能自然不用多言。在石英玻璃拉制过程中，其表面不可避免地会留下细微裂纹，在使用中受各种环境应力的影响，裂纹可能会迅速扩大甚至断裂，所以在拉制出裸纤的第一时间就帮它穿上一层护套——涂敷层，以大大改善其机械特性，使其更抗弯更抗拉。 涂敷材料主要以有机硅或丙烯酸树脂为主，使用热固化或UV固化等工艺将其附着到裸纤上。但无论是有机硅树脂还是丙烯酸树脂，使用环境都低于180℃，超过这个温度这些材料就会分解失效。在石油化工/航空航天/激光加工等特种行业均对光纤的高温特性提出了高的要求，所以能突破涂敷层的温度限制，就能大大扩展光纤的应用场景。 耐高温光纤的重要意义在于其能够在极端高温环境下保持稳定的传输性能，解决了常规光纤在高温条件下易失效的问题。这种光纤的出现极大地拓宽了光纤通信的应用领域，特别是在那些需要长时间在高温环境中工作的场景，如石化、电力、冶金、汽车、航空航天等行业。 据了解国内、外，耐高温光纤的应用场景非常广泛。在石油、天然气开采中，油井测温光缆需要能够承受地下高温高压的环境，这时就需要使用耐高温光纤。在火力发电中，锅炉温度和压力的实时监测也需要耐高温光纤的稳定传输。此外，在汽车工业中，耐高温光纤被用于车载通讯和娱乐系统，确保在高温的发动机和排气系统环境下信息的稳定传输。在航空航天领域，对通信设备的耐高温性能要求极高，耐高温光纤的应用能够提升通信设备在高温环境下的可靠性和稳定性。 聚酰亚胺（Polyimide，PI），其-190 ℃ ~ +385 ℃ 优异的温度范围，自1961年杜邦公司首次商品化以来，已经渗透到了我们生活的方方面面。例如电子产品里常使用的柔性电路板（FPC），由于要参与280℃的无铅焊接，其基底就是使用聚酰亚胺制造；此外还被拉成丝纺成线制成织物，在消防员、航天员、赛车手的身上都有它的身影。 聚酰亚胺实现耐高温性能的关键在于其独特的分子结构。聚酰亚胺分子中包含多个苯环和共轭键，使其分子结构相对刚性。同时，分子中的酰基团与氮原子之间的共价键非常强，这种结构使得聚酰亚胺具有出色的热稳定性。 聚酰亚胺的热分解温度很高，一些特定类型的聚酰亚胺，如聚苯并三嗪二甲酰亚胺（BPDA-PDA），其热分解温度甚至可达到600℃以上。这种高热稳定性使得聚酰亚胺成为制造耐高温光纤的理想涂层材料，将光纤的应用温度范围大大提高。用这样材料制成的光纤常常也被称之为PI光纤。 PI光纤量产并非容事，首先光纤涂敷一般需要内外两个涂层，内涂层低模量，用于缓冲；外涂层高模量，用于保护。而聚酰亚胺似乎不具有这样的特性。常见的做法要么牺牲其机械性能只使用聚酰亚胺做单涂层；要么内涂层还是用传统丙烯酸树脂，外涂层再用聚酰亚胺，这样来抵御瞬时的高低温。其次，聚酰亚胺的固化工艺也不是太成熟，无法像传统涂料一样均匀牢固的附着。 将聚酰亚胺镀在光纤外表面的过程通常涉及涂覆技术。一种常见的方法是使用浸涂法。在这个过程中，光纤的裸纤区域被缓慢浸入聚酰亚胺溶液中，确保光纤与溶液充分接触。然后，光纤以一定的速度从溶液中拉出，以控制涂层的厚度。涂覆后的光纤需要在较低的环境温度下固化，以挥发溶剂，避免在后续加热过程中产生气泡。最后，光纤会被放入高温箱中进行加热，使聚酰亚胺涂层更紧密地附着在光纤表面。 理论上385 ℃是聚酰亚胺的温度上限，面对更高的温度还是望尘莫及。耐高温的金属涂层光纤，通过在裸光纤表面涂覆一层耐高温金属材料，如铝、铜或金，以提高光纤在高温环境下的工作性能。这种光纤在极端温度条件下表现出色，并具有出色的抗化学腐蚀和抗机械弯曲能力。 耐高温金属涂层光纤广泛应用于需要承受高温和腐蚀环境的领域。例如，在核辐射、高能强激光传输、焊接纤维束以及医疗应用中，金属涂层光纤都发挥着重要作用。此外，在高温传感光纤领域，它可以作为涡轮传感光纤、油气井用光纤、发动机传感光纤等，以承受高温环境下的工作需求。金属光纤常常也用来做气密光纤。

光纤水听器系统是一个复杂的传感系统，它主要利用光纤传感技术实现水下声音信号的转换、传输和处理。光纤水听器作为该系统的核心部分，其元器件组成和实施过程对于整个系统的性能至关重要。 光纤水听器的元器件组成主要包括湿端和干端两部分。湿端作为传感端，由光纤水听器传感探头和用来传输光信号的传输光缆组成。传感探头是光纤水听器的核心部件，它能够接收水下声音信号并将其转换为光信号。 干端则主要包括光纤水听器的光源、光无源器件、光电转换模块和信号解调处理模块等。光源负责提供稳定的光信号，光无源器件用于控制光信号的传输和调制，光电转换模块则将接收到的光信号转换为电信号，信号解调处理模块则对电信号进行解调和处理，以提取出有用的声音信息。 光纤水听器的主要元器件： a）传感探头： 光纤：传感探头中的核心元件，负责将声信号转换为光信号。光纤的材质、直径、长度等参数都经过精心设计，以优化其传感性能。 传感膜片：通常位于光纤的末端，对水下声压信号非常敏感。当声波作用在膜片上时，它会产生形变，进而引起光纤中光的相位、强度等参数的变化。 密封结构：确保传感探头在水下工作时能够抵御水流的冲击和腐蚀，同时保持内部的干燥和稳定。 b）光源： 激光器：产生稳定、高质量的光束，用于在光纤中传播。激光器的类型和输出功率的选择，直接影响到光纤水听器的灵敏度和动态范围。 驱动电路：为激光器提供稳定的电流和电压，确保其长时间稳定运行。 c）光无源器件： 耦合器：用于将光源产生的光有效地耦合到光纤中，同时实现光信号的分配和组合。 波分复用器：用于在单一光纤中传输多个波长的光信号，提高光纤的传输容量。 滤波器：用于滤除光信号中的噪声和杂散光，提高信号的信噪比。 d）光电转换模块： 光电探测器：将接收到的光信号转换为电信号。光电探测器的响应速度、灵敏度等参数直接影响到系统的性能。 前置放大器：对光电探测器输出的微弱电信号进行放大，以便于后续的信号处理。 e）信号解调处理模块： 解调电路：根据特定的解调算法，将光电转换模块输出的信号进行解调，还原出原始的声音信号。 数据采集与处理单元：对解调后的信号进行数字化处理、存储和分析，提取出有用的声音信息。 光纤水听器还可能包括一些辅助元件，如温度传感器、压力传感器等，用于监测和补偿环境条件对系统性能的影响。这些元器件的设计和制造需要高度的精度和可靠性，以确保光纤水听器能够在恶劣的水下环境中长期稳定地工作。同时，随着光纤传感技术的不断发展，这些元器件的性能也在不断提升，为光纤水听器在更广泛的应用领域提供强大的技术支持。 在制备过程中，需要按照特定的工艺要求，将光纤与金属细丝等元件进行精确的加工和组装，以形成具有特定结构和性能的光纤水听器。光纤水听器的安装过程是一个相对复杂且需要高度专业技术的操作。需要根据具体的应用场景和需求，将光纤水听器部署在水下的合适位置，以确保其能够有效地接收和处理声音信号。 在实际应用中还需要考虑一些关键问题，如系统的稳定性、灵敏度、抗干扰能力等。为了提高系统的性能，可以采用一些先进的技术手段，如优化光纤水听器的结构设计、提高光源的稳定性和输出功率、改进信号解调算法等。 光纤水听器具有出色的稳定性。其使用的光纤材料具有极高的本征安全性和可靠性。这种特性使得光纤水听器在长时间运行时能够保持稳定的性能，不易出现故障。此外，光纤水听器还具有较好的系统稳定性，能够在各种恶劣环境下保持正常工作。 光纤水听器的灵敏度极高。其传感探头对水下声压信号非常敏感，即使是微小的声音变化也能被准确捕捉并转换为光信号。这种高灵敏度使得光纤水听器能够捕捉到水下环境中的微弱声音信号，从而实现对水下目标的精确探测和识别。同时，光纤水听器还具有阵元灵敏度一致性好的特点，确保了各通道信号的准确性和一致性。 光纤水听器具有强大的抗干扰能力。由于其信号传感与传输均以光为载体，因此在几百兆赫以下的电磁干扰对其影响非常小。这意味着光纤水听器可以在电磁环境复杂的水下环境中正常工作，而不会受到电磁干扰的影响。此外，光纤水听器还具有抗腐蚀、耐高温的特性，能够在各种恶劣环境下保持稳定的性能。 总的来说，光纤水听器系统是一个高度集成化和智能化的系统，其元器件组成和实施过程对于实现高效、准确的水下声音信号检测和处理具有重要意义。随着光纤传感技术的不断发展和进步，光纤水听器系统在海洋探测、水下通信等领域的应用前景将更加广阔。