日本教育和文化部空间和天文科学研究所研制的M-V火箭，在其惯性导航系统中，采用了FCG／无线电混合导航系统。
Tokimec公司一直在研制用于轮船的陀螺指南针，采用闭环I-FOG，偏置稳定性0.0035度时，刻度误差10×10-6。
在美国，一些公司已为飞机、空间飞船应用发展了几种级别的I-FOG，新的波音777飞机采用的惯性导航系统包括6个环型激光陀螺(0.01度/小时)和4个偏振保持光纤开环I-FOG(0.5度／小时)，全部由Honeywell制造，该公司已为新的航线Domier328，提供了这套设备。现在，发送出去的这种设备已超过1000台了。此外，法国、德国等都在这方面做了不少工作。
一些潜在的应用要求灵敏度高于0.001度/小时，如在深空精确的飞船导航、空间定位和稳定等。为减小I-FOG的噪声，研究人员已倾向于采用带宽较大的LD或超辐射LED，但对高级应用而言，这些器件不能提供足够的功率和波长稳定性。
采用掺铒光纤激光器可提供高功率和波长稳定性，但是，光源的强度噪声或相对强度噪声，必须补偿。
几家美国公司已经演示了在温度稳定的条件下，分辨率达0.
001度／小时。
为减小成本，人们研究采用普通的单模光纤，而只在端部采用一小段偏振维持光纤，分辨率可达1度／小时，在温度稳定的条件下，灵敏度达0.003度/小时。
采用共振光纤陀螺可降低价格，但灵敏度也下降。若采用10米长的光纤和高相干激光(线宽100kHz)，就可为飞机应用提供足够的灵敏度，信号强度也足以克服探测器的散粒噪声。
光纤测试与激光
激光是测试光学材料、光探测器等参数的常用光源，如测量激光玻璃的荧光寿命、各种光探测器的响应时间等，这些测量技术在许多教科书中都有介绍，本节只侧重介绍激光在测量光纤放大器参数时所起的作用。
掺Er光纤放大器的商品化，大大推动了WDM光纤网络的发展。该系统的发展又反过来对放大器的性能提出更高的要求，这一市场对放大器和光纤设备制造商来说既是机会也是挑战。
光纤放大器必须在制造过程中，在安装之前进行精确测量。通常要测试的性能有：
增益平整度光纤放大器的带宽为30纳米。在这个范围内，增益值不是常数。介质膜滤波器和光纤光栅可用来拉平增益。用正确的技术和合理的设计可使增益平整度达到±1分贝。最近的报道表明，这个平整度还不能满足要求。为获得增益的详细分布，需要一个多波长激光源，它能覆盖国际通信联盟所规定的带宽和提供局部特性的灵活性。
增益Tilt即增益分布随输入功率和波长而变化。对某些应用来说，如登陆和退出网络时可使增益Tilt产生瞬态变化。要求可调节输出功率的多波长信号，并要求设定功率的精确度和稳定性很高。
放大的自发辐射这一参数可帮助限定信噪比，每个波长输出功率的平整度和光谱依赖关系，和小信号增益。该参数在没有输入信号时很大，在有输入信号时很小，因为大部分电子用于受激辐射，只有较小的电子用于随机辐射。因而需在信号饱和时，进行测量。
宽带放大最近报道的宽带放大器的带宽已达80纳米(1530～1610纳米)。这样的宽带放大器不久就会商品化。
生产用于光纤放大器的测试系统，主要包括激光源和仪器(如光谱分析器)和分束元件。现在，国际通信联盟规定使用193.10THz的氪线作为参考，通道间隔100GHz。这相应于真空波长为1552.52纳米和通道间隔为0.8纳米。选择正确的激光源和保证测量的精确度是设计放大器测试系统的关键问题。
生产商必须在与实际使用情况相类似的条件下，测量光纤放大器的特性。为此，一般需要采用组件激光器。
现在已出现了两种WDM激光组件：分布反馈激光器组件和外腔激光组件。前者可提供固定的标准波长，但调谐范围很小(0.7纳米)。后者可在40～80纳米的范围内调谐。含有8只分布反馈激光器和或外腔激光组件。将两种类型的组件结合在一起，大大提高了测试系统的灵活性。
今天的放大器生产线要求装备测试设备，当通信通道的间隔进一步变小时，保持激光波长和功率的稳定性变得更加重要，因此，测试系统需采用温控系统，采用低噪音激光电流源，以确保输出光功率不变，还需要采用过量电流保护措施。
半导体激光器
激光发展的历史告诉我们：到了20世纪90年代，半导体激光器已经成为激光家族中的佼佼者。半导体激光器已经成为光通信、光盘、激光打印和印刷等信息产业的心脏，成为推动LD泵浦固体激光器、光纤激光器高速发展的巨大动力，并成为计算机、微电子、材料加工等各行各业技术创新的强大推动力。
为反映这一时代特点，本书将以较大篇幅和较为通俗的语言描述这个极为有用的激光器件，以便能让更多的读者，特别是年青读者对它有更多的了解。为了引起读者的注意，下面从介绍半导体激光产业入手，说明它在各领域的应用概况，然后再介绍半导体激光器的迷人特点，介绍它的有趣历史、基本原理、器件类型，及有关的新思想、新概念、新技术。
只要你稍加注意，就会发现半导体激光器几乎是无所不在的，它已经对人类生活产生了重大深远影响。现在，我们再从产业的角度来看看半导体激光器的应用范围和应用规模。1998年全球半导体激光器的销售数量已经超过3亿只，预计1999年将上升到3.5多万只。在销售金额方面，半导体激光器的销售金额已超过整个激光器销售金额的一半以上：1998年为21.49亿美元，约占整个激光器销售额的55.8％。1999年已达27.6亿美元，约占整个激光器销售额的59.4％。
半导体激光器的用途
人类一年要购买那么多半导体激光器，究竟用在哪些方面呢？
(一)光通信
这是半导体激光器的主要应用领域之一。1998年，半导体激光器在光通信领域共售出器件197.6万余只，比1997年增长34％。这个数字在整个半导体激光器销售数量中所占比例(约0.6％)很小，但由于光通信用半导体激光器的价格较高，其销售额却高达13.78亿美元，占整个半导体激光器销售额的64.2％。预计1999年，光通信用激光器的销售额，将达18亿美元，比1998年再增30％。
其中，光纤放大器泵浦用的激光器增长最快，达70％。
值得注意的是：半导体激光器的平均销售价格正在以每年15％～20％的速度下降。在长距离通信系统中，通常采用1.3微米、1.55微米长波长激光器和用作光纤放大器泵浦源的980纳米和1480纳米激光器。在近距离通信领域中，可用GaAIAs激光器，也可用发光二极管(LED)。光通信用半导体激光器的结构比较复杂，一般均含有监视光功率输出的光探测器，此外，有的还需与芯径仅为9微米的单模光纤或光纤连接器耦合，有的还包括热电致冷器、光学隔离器等。含光纤长波长激光器的价格一般约为100美元／只，而含有热电致冷器、光学隔离器的分布反馈(DFB)半导体激光器，其价格可高达数千美元。
1998年以来，光通信网络的发展十分迅速，仅我国的网民就达数百万。为了满足网络发展的需要，人们正在更新已有的系统或建设新的大容量系统。研究表明：扩大容量的基本措施是波分复用(WDM)，1998年初，32通道和40通道的WDM系统已相继采用，年底，80通道的WDM系统已开始出售。WDM系统的快速增长促进了1530～1565纳米分布反馈(DFB)半导体激光器的蓬勃发展。按照国际通信联盟有关的波长规定：这一波段共有43个波长，相邻波长间隔为100GHz(0.8纳米)。在长距离通信系统中，这种器件用LiNbO3或电子吸收调制器调制，调制频率为2.5吉比特／秒(Gbit／s)，更高调制频率10吉比特／秒的系统正在发展之中。通道数目的增加，要求光纤放大器的泵浦功率也随之增加，新的光纤放大器设计有的要求多只半导体激光器泵浦，同时要求980纳米光纤耦合的半导体激光器的输出功率更高，1997年为95毫瓦，1998年为125毫瓦，1999年为150毫瓦。
(二)光存储
这是使用半导体激光器数量最多的领域。1998年，半导体激光器在光盘领域共售出2.64亿多万只，在整个半导体激光器销售数量中所占比例达90％以上，但由于该领域所用半导体激光器的价格较低，其销售额仅为4.9亿美元，约占整个半导体激光器销售额的23％。光盘的应用范围很广，有CD唱机，CD-ROM(780纳米，5毫瓦)；CD-R，CD-RW，CD随身听(780纳米，30毫瓦)；有DVD，DVD-ROM(650纳米，5毫瓦)，可再写磁光光盘(680纳米，40毫瓦)；此外，还有我国所特有的VCD等。
CD-ROM技术已相当成熟，也相当普及，现在差不多所有的计算机都已装上CD-ROM了。预计，当DVD-ROM将成为台式电脑的标准件。以CD-ROM为基础的电子游戏机已经成为半导体激光器的又一大市场，1998年，仅索尼一家销售的电子游戏机就超过2000万台。
CD-R是可以记录的，可在CD-ROM或在CD唱机中重放，这种方式特别适合于多媒体应用和音乐市场。CD-R光盘价格便宜，1998年，CD-R制式的盘片销售高达1.5亿张，1999年可超过10亿张。CD-RW允许多次记录，过去，这一制式不能与CD-ROM兼容，发展受到限制，近来，一种新的可与CD-RW兼容的CD-ROM制式问世，一些公司将重点开发CD-RW驱动器。1998年，约销售了500万台CD-RW驱动器，1999年又将翻一番。可记录的可重写光盘驱动器要求半导体激光器有更高的输出功率(>20毫瓦)。
(三)条码扫描
半导体激光器在该领域的应用已占绝对优势，最先在这一领域获得广泛应用的He-Ne激光器，现在只好退居二线，势不可挡地将大片市场让给了后来居上的半导体激光条码扫描器。这种退让，就像当年电子管让位于晶体管一样，已在许多领域发生了，今后，还会在新的领域发生，这是因为同He-Ne激光器相比，半导体激光器具有更强的生命力。
1998年，可见光半导体激光器在条码扫描器方面售出1100万只，销售金额仅为440万美元。
(四)激光指示器
1998年，是半导体激光指示器发展最为迅速的一年。除了广泛应用于教育、科研、娱乐等部门之外，现在，甚至在街头巷尾，花几十元就能买到射程达1公里的红光指示器，有的甚至用来作玩具(请注意：它对眼睛有害！)。1998年LD在这一领域的销售数量高达2000万只，成为仅次于光存储的第二大半导体激光器市场。我国台湾省是半导体激光指示器的最大生产基地，全球约有90％的半导体激光指示器是由台湾省厂商生产的。但是，半导体激光指示器在欧洲的销售受到阻碍，特别是英国和德国，以半导体激光指示器对眼睛安全不利为由，禁止在那里销售。
(五)高功率激光市场发展迅速
1998年，高功率LD市场的发展很快。波长750～980纳米，功率大于1瓦的器件的实际销售额达1.246亿美元。
需要说明的是：高功率LD是高附加值产品，有的甚至包括完整的系统。例如，由LD棒发光单元发出的光的亮度约为20兆瓦／厘米2·球面度(MW／em2·sr)，这个亮度对许多应用来说是不够的，因为发散角很大，而且非相干，虽然，它也可被收集和聚焦，但不会达到衍射极限的水平。为了从I乃棒或I乃堆获得有用的输出，常需采用微透镜阵列或光纤耦合：一套用来准直垂直于结的光束(发散角30°～40°)，另一套用来准直平行于结的光束(发散角10°)；或让LD棒中的每个发光单元分别与光纤耦合，然后再将光纤捆绑成束，以提高输出。还可将多个LD棒用该法耦合起来，以产生更高的功率。用这些方法可获得20千瓦／厘米2的功率密度，将来可达到0.1兆瓦／厘米2的水平。
最大、最活跃的高功率LD应用领域是激光照排，1998年达0.73多亿美元。在这项应用中，LD功率一般为1瓦左右，约300美元／只。一台印刷机，通常要用十几只甚至几十只器件。
材料加工已逐步成为高功率半导体激光器的重要市场之一，应用范围很广，包括焊接、热处理、微焊接、固化、塑料焊接、打标等。但同固体激光器和CO2激光器相比，高功率半导体激光器在材料加工方面的应用仍处在初级阶段。1999年，高功率半导体激光器在材料加工方面的应用将达4200多万美元，比1998年增长23％。
高功率LD在医学方面的应用也在迅速上升，半导体激光治疗仪器在治疗眼疾、良性前列腺肥大、去除有害毛发、光动力学治疗，以及一般手术方面的应用已日益普遍。预计1999年，半导体激光在医学领域的销售额将达到3400多万美元，比1998年增长32％，这个数字还不包括900万美元用于动力学治疗的可见光半导体激光器和200万美元半导体激光叠层器件的销售额。
高功率半导体激光器(750～980纳米，＞1瓦)在泵浦固体激光器方面的应用已达2000多万美元，约占高功率半导体激光器市场的16.3％。此外，还有用于LD泵浦固体激光器的半导体激光叠层器件1380万美元。LD泵浦固体激光器还在继续发展，特别是在低功率端(＜20瓦)正在逐步替代灯泵固体激光器。预计1999年，用于泵浦的所有类型的半导体激光器销售数量，将比1998年增长30％。
(六)垂直腔半导体激光器开始商品化
垂直腔半导体激光器
(VCSEL)的输出光束呈圆形，而不是椭圆形；自1989年首次演示以来，已于1996年开始商品化。1998年，市场活跃，主要用于光纤区域网中的吉比特(Gbit)收发机。VCSEL很适合于高速数据传输，因为它们有很高的调制速率，圆形光斑便于与光纤耦合，器件噪声很小。现在，850纳米波长的VCSEL广泛用于网络中，调制频率1.063吉比特／秒。1998年，这一市场约为500万美元，预计1999年增长51％。
半导体激光史话