激光器及其應用

1光纖激光器及其應用

目錄光纖激光器基本結構及主要特點高功率光纖激光器的應用

高功率光纖激光器具有光束質量好、壽命長、轉換效率高的優(yōu)點，其主要性能已明顯優(yōu)于半導體激光泵浦固體激光器和CO2激光器。從發(fā)展態(tài)勢看，光纖激光器不僅在光纖通信領域有重要的應用而且迅速地向其他更為廣闊的激光應用領域擴展，這是一類已經(jīng)取得技術突破，正在向技術的廣度和深度迅速發(fā)展的、有重要應用前景的激光器。

光纖激光器基本結構及主要特點

諧振腔腔鏡可為反射鏡、光纖光柵或光纖環(huán)

諧振腔耦合光學系統(tǒng)工作物質(增益光纖)準直光學系統(tǒng)LD泵浦源

光纖激光器的基本結構與固體激光器的結構基本相同，如下圖所示：

光纖激光器大致可分為三類:

稀土元素摻雜光纖激光器

摻雜離子可為Nd3+，Er3+，Yb3+，Tm3+等，基質可以是石英玻璃，氟化鋯玻璃，磷酸鹽玻璃、單晶、光子晶體光纖等。

染料光纖激光器

纖芯、包層或二者加入激光染料。

非線性光纖激光器

利用光纖中的SRS，SBS非線性效應產(chǎn)生波長可變換的激光。光纖激光器的主要特點

（1）光纖作為導波介質，纖芯直徑小，纖內(nèi)易形成高功率密度，可方便地與目前的光纖通信系統(tǒng)高效連接，構成的激光器具有高轉換效率、低閾值、高增益、輸出光束質量好和線寬窄等特點；（2）由于光纖具有極好的柔繞性，激光器可設計得相當小巧靈活、結構緊湊、體積小、易于系統(tǒng)集成、性能價格比高；

（3）由于光纖具有很高的“表面積/體積”比，散熱效果非常好，所以光纖激光器可以工作在-20~70℃的環(huán)境溫度內(nèi)，不需要龐大的水冷系統(tǒng)，只需簡單的風冷即可，且可在惡劣的環(huán)境下工作，如在高沖擊、高震動、高溫度、有灰塵的條件下正常運轉；（4）具有相當好的可調(diào)諧參數(shù)和選擇性，能獲得寬調(diào)諧范圍（380nm～3900nm）和相當好的單色性和高穩(wěn)定性，使用壽命長，平均無故障工作時間在10kh甚至100kh以；（5）采用特殊的器件結構可獲得高功率輸出或超短脈沖輸出。三、高功率光纖激光器及其研究進展

光纖激光器不僅與固體、氣體、半導體激光器等相比，有非常明顯的優(yōu)越性，而且與二極管泵浦固體激光器相比，也有更好的光束質量，可得到更小的聚焦光斑。隨著光纖激光器應用的更加廣泛，對高功率光纖激光器的需要越來越大。為了獲得高功率輸出，關鍵之一是包層泵浦技術（Claddingpumpedtechnology）。雙包層光纖激光器

雙包層摻雜光纖的構形如下圖所示

內(nèi)包層光纖芯外包層保護層激光輸出泵浦光

雙包層摻雜光纖由纖芯、內(nèi)包層、外包層和保護層四個層次組成。內(nèi)包層的作用：一是包繞纖芯，將激光輻射限制在纖芯內(nèi)；二是將泵浦光耦合到內(nèi)包層，使之在內(nèi)包層和外包層之間來回反射，多次穿過單模纖芯被其吸收。在雙包層結構中，泵浦光的吸收率和內(nèi)包層的幾何形狀和纖芯在包層結構中的位置有關。此外，泵浦光被摻雜稀土離子的吸收率正比于內(nèi)包層和外包層的面積比。高功率光纖激光器關鍵技術（1）產(chǎn)生激光的特種光纖（Yb-dopeddoublecladdingfiber）（2）光纖光柵（激光腔）（3）大功率激光二極管——泵浦光/光纖輸出（4）多路泵浦光注入耦合系統(tǒng)（5）多路光纖激光合波器光纖激光器的應用

高功率摻鐿光纖激光器（HPFL）與目前激光加工中常用的二氧化碳激光器（CO2）、光泵YAG（LP-YAG）、半導體泵浦YAG激光器相比，表現(xiàn)出突出的優(yōu)點，特別是電光轉換效率高，光束質量好，泵浦源壽命長，使用方便，環(huán)境適應能力強，空氣冷卻等優(yōu)點，使它在激光應用技術領域中呈現(xiàn)出美好的應用前景。光纖激光器不僅在光纖通信領域占有越來越重要的地位，還在激光技術領