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光纤激光器的工作原理及其发展前景

企业新闻 / 2021-11-13 01:11

本文摘要:1章节 光纤激光器于1963年发明者,到20世纪80年代末第一批商用光纤激光器面市,经历了20多年的发展历程。光纤激光器被人们视作一种超高速光通信用放大器。 光纤激光器技术在高速率大容量波分适配光纤通信系统、高精度光纤传感技术和大功率激光等方面呈现辽阔的应用于前景和极大的技术优势。光纤激光器有很多独有优点,比如:激光阈值较低、高增益、较好的风扇、可回声参数多、长的吸取和电磁辐射以及与其他光纤设备相容、体积小等。近年来光纤激光器的输出功率获得很快提升。已超过10100kW。

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1章节  光纤激光器于1963年发明者,到20世纪80年代末第一批商用光纤激光器面市,经历了20多年的发展历程。光纤激光器被人们视作一种超高速光通信用放大器。

光纤激光器技术在高速率大容量波分适配光纤通信系统、高精度光纤传感技术和大功率激光等方面呈现辽阔的应用于前景和极大的技术优势。光纤激光器有很多独有优点,比如:激光阈值较低、高增益、较好的风扇、可回声参数多、长的吸取和电磁辐射以及与其他光纤设备相容、体积小等。近年来光纤激光器的输出功率获得很快提升。已超过10100kW。

作为工业用激光器,现沦为输出功率最低的激光器。光纤激光器的技术研究受到世界各国的广泛推崇,已沦为国际学术界的热门前沿研究课题。其应用领域也已从目前尤为成熟期的光纤通讯网络方面很快地向其他更加辽阔的激光应用领域拓展。本文详细讲解了光纤激光器的结构、工作原理、分类、特点及其研究进展,最后对光纤激光器的发展前景展开了未来发展。

  2光纤激光器的结构及工作原理  2.1光纤激光器的结构  和传统的液体、气体激光器一样。光纤激光器基本也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本的要素构成。

泵浦源一般使用高功率半导体激光器(LD),增益介质为稀土掺入光纤或普通非线性光纤,谐振腔可以由光纤光栅等光学对系统元件包含各种直线型谐振腔,也可以用耦合器包含各种环形谐振腔泵浦光经必要的光学系统耦合转入增益光纤,增益光纤在吸取泵浦光后构成粒子数翻转或非线性增益并产生自发辐射所产生的自发辐射光遭受激缩放和谐振腔的选模起到后.最后构成平稳激光输入。图1为典型的光纤激光器的基本构型。增益介质为掺入稀土离子的光纤芯,掺入光纤垫在2个细心自由选择的反射镜之间.从而包含FP谐振器。

泵浦光束从第1个反射镜入射光到稀土掺入光纤中.激射输入光从第2个反射镜输入来。  2.2光纤激光器的工作原理  掺稀土元素的光纤放大器增进了光纤激光器的发展,因为光纤放大器可以通过必要的对系统机理构成光纤激光器。

当泵浦光通过光纤中的稀土离子时.就不会被稀土离子所吸取。这时吸取光子能量的稀土原子电子就不会鼓舞到较高激射能级,从而构建离子数翻转,翻转后的离子数就不会以电磁辐射形式从低能级移往到基态,并且释放出来能量,已完成受激电磁辐射。从激发态到基态的电磁辐射方式有2种:自发辐射和受激电磁辐射。

其中,受激电磁辐射是一种同频率、同振幅的电磁辐射,可以构成相干性很好的激光。激光升空是受激电磁辐射相比之下多达自发辐射的物理过程,为了使这种过程持续再次发生,必需构成离子数翻转.因此拒绝参予过程的能级不应多达2个,同时还要有泵浦源获取能量。光纤激光器实质上也可以称作波长转换器.通过它可以将泵浦波长光切换为所需的激射波长光。例如,掺入铒光纤激光器将980nm的泵浦光展开泵浦,输入1550nm的激光。

激光的输入可以是倒数的,也可以是脉冲形式的。激光输入是倒数的还是脉冲输入形式主要依赖激光工作介质.如果是倒数形式输入,激光上能级的自发发射寿命必需低于激光下能级以取得较高的粒子数翻转。如果是脉冲形式输入.激光下能级的寿命就不会多达上能级,此时就不会以脉冲的形式输入光纤激光器有2种激射状态:三能级和四能级激射。

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  3光纤激光器的分类  (1)按增益介质分类:稀土离子掺入光纤激光器(Nd3+、Er3+.yb3+、Tm3+等,基质可以是石英玻璃、氟化锆玻璃、单晶)。非线性效应光纤激光器(利用光纤中的SRS、SBS非线性效应产生波长可回声的激光)。在光纤中掺入人有所不同的稀土离子,并使用必要的泵浦技术,才可取得有所不同波段的激光输入。

(2)按谐振腔结构分类:FP腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及8字形腔、DBR光纤激光器、DFB光纤激光器(3)按光纤结构分类:单和双包层光纤激光器、光子晶体光纤激光器、特种光纤激光器。(4)按输入激光类型分类:倒数光纤激光器.非同脉冲光纤激光器、大功率光纤激光器。(5)按输入波长分类:S一波段(1460~1530nm)、C一波段(1530~1565nm)、L一波段(1565~1610nm)。

  4光纤激光器的特点  在激光波动中.将能量集中于谐振腔选取的驻波以产生相干光。在光技术中,只有光纤和波导能对光轴方向和横模方向展开三维模掌控。

在以单模光纤不作增益介质的光纤激光器中无竞争横模,因此可展开平稳的激光波动。在由激光引发的热受损、受激喇曼衍射和受激布里渊衍射再次发生之前,如果没模的竞争,那么只要流经泵浦光,就能减小激光输出功率。激光的增益和损耗比容许存储于激光介质中的能量切换效率。因光纤本身的损耗较低,与其他激光器比起,具备超长(510m以上)特征的光纤激光器的增益和损耗比大100倍一1000倍。

因此,即使展开模掌控,也可将存储能量完全无损耗地转换成激光(光能)。实质上,光纤激光器的输出功率与泵浦光成正比地线性减小,其切换效率超过85%。在950nm波段鼓舞,在1080nm波段波动的镱量子效率为88%。

由此可知,激光功率完全无损耗。例如,芯径为40m,长度为10m,输出功率为1.36kW的单模光纤激光器,其实际激光介质的体积只不过为9mm。这指出,尺寸为2mmx2mm~2.5mm的微芯片激光器能产生1.36kW的输出功率。


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