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文檔簡介

1光纖激光器及其應(yīng)用

目錄光纖激光器基本結(jié)構(gòu)及主要特點高功率光纖激光器的應(yīng)用

高功率光纖激光器具有光束質(zhì)量好、壽命長、轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點,其主要性能已明顯優(yōu)于半導(dǎo)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(lǐng)域有重要的應(yīng)用而且迅速地向其他更為廣闊的激光應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展,這是一類已經(jīng)取得技術(shù)突破,正在向技術(shù)的廣度和深度迅速發(fā)展的、有重要應(yīng)用前景的激光器。

光纖激光器基本結(jié)構(gòu)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(xué)系統(tǒng)工作物質(zhì)(增益光纖)準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)LD泵浦源

光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)與固體激光器的結(jié)構(gòu)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?fù)诫s光纖激光器

摻雜離子可為Nd3+,Er3+,Yb3+,Tm3+等,基質(zhì)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(yīng)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(dǎo)波介質(zhì),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(gòu)成的激光器具有高轉(zhuǎn)換效率、低閾值、高增益、輸出光束質(zhì)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(shè)計得相當(dāng)小巧靈活、結(jié)構(gòu)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(fēng)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(zhuǎn);(4)具有相當(dāng)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(dāng)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(jié)構(gòu)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(jìn)展

光纖激光器不僅與固體、氣體、半導(dǎo)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(zhì)量,可得到更小的聚焦光斑。隨著光纖激光器應(yīng)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(guān)鍵之一是包層泵浦技術(shù)(Claddingpumpedtechnology)。雙包層光纖激光器

雙包層摻雜光纖的構(gòu)形如下圖所示

內(nèi)包層光纖芯外包層保護(hù)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(hù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中的位置有關(guān)。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(guān)鍵技術(shù)(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(yīng)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(dǎo)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(zhuǎn)換效率高,光束質(zhì)量好,泵浦源壽命長,使用方便,環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng),空氣冷卻等優(yōu)點,使它在激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域中呈現(xiàn)出美好的應(yīng)用前景。光纖激光器不僅在光纖通信領(lǐng)域占有越來越重要的地位,還在激光技術(shù)領(lǐng)

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