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1、商丘学院毕业设计（论文） 学号: 09063阿拉伯数字 四号 Times New Roman激光器件的应用和发展前景研究中文黑体小三号，阿拉伯数字小三号Times New Roman。分 院 电子信息工程 专 业 名称电子科学与技术 班 级 01 姓 名 杨永存 指导 教师 梁珍珍 居中，中文四号宋体加粗，阿拉伯数字四号Times New Roman加粗。 月 8日摘要 本文简要论述了光纤激光器件的构造和原理，重要论述了其在通信、军事、国防、销毁弹药、微材料解决、造船业岩石及泥土材料解决、焊接、标刻、材料解决、材料、弯曲、激光切割、医疗、石油及航天等行业的应用，对光纤激光器件的发展做了回忆,并
2、展望了光纤激光器件在新领域的应用前景，随着有关技术的完善,光纤激光器将向更广阔的领域发展，并有也许成为替代固体激光器和半导体激光器的新一代光源， 形成一种新兴的产业。核心词：光纤激光器,掺杂光纤,输出功率Abtat Thispaper ieflyintrouce thesrutue and priiplo opical fier aser device， mainly exponded ite comuitis,ility, ntonaldfese, ammunitin, mc maeralocsing, shpbiding rck and conctepoessing，eldin,marki
3、ng， materils processing, maerals, bedin, laer cttin, edia,arosa nd othe industries ad ol picatin, on the opial fber lse deice develpment s reviw, and thepropet ofopica fielaser device in newareas applcation,along withltd cnical precto, fiberlr il o he broader field fdevelopme, anhas te ptential o be
4、coman alterntie oli laserand secduc sr of aew generaionoflght source,t form a newindutry.Ked: iberlasers, dped optical iber,otut pow目录1 绪论.1课题背景11不同波长光纤激光器的研究进展11.2.1 0m附近 （掺Er+，Er3+/b3+)光纤激光器11.2. .0 m附近 (掺T,Ho3+) 光纤激光器21.2.428 附近 (掺H3+，r+光纤激光器31.3 本文重要研究内容32 光纤激光器的构造及工作原理42. 光纤激光器的构造43 光纤激光器件的应用63
5、.1引言63.2 光纤激光器件的应用63.2.1 光纤激光器在通信中的应用63.2光纤激光器在军事中的应用732.2.1光纤激光器在国防中的应用32.2 光纤激光器件在销毁弹药中的应用3.2.3光纤激光器在制造业的应用103.23.1光纤激光器件在微材料解决方面的应用03.2.3.光纤激光器件在造船业上的应用13.光纤激光器在材料加工上的应用123.2.1岩石及泥土材料解决的应用23.2.42焊接的应用13.2.3标刻应用12.5光纤激光器在医疗中的应用1532.6 光纤激光器在石油及航天等领域中的应用164 光纤激光器的发展前景175 结论8道谢9参照文献01 绪论1课题背景 早在20世纪6
6、0年代,掺稀土元素光纤激光器随着着激光技术的研究得以发展,但受初期光纤损耗太大的限制,光纤激光器的研究进展相对缓慢。直至8年代光纤通信才得以迅猛发展,特别是英国南安普敦大学用金属化学汽相沉积(MCV)法制成低损耗的掺铒光纤,而掺铒光纤激光器激射波长正好位于光通信的低损耗窗口,随着掺铒光纤放大器( EDA）在光通信中地位的不断提高,才使光纤激光器再次受到世界各国的普遍关注，从而得到迅速发展且在通信领域发挥着越来越重要的作用。光纤激光器在减少阈值、振荡波长范畴、波长可调谐性等方面已获得了长足进步,是目前光通信领域中的新兴技术。它可以运用既有的通信系统支持更高的传播速率和带宽,是将来高码率密集波分复
7、用系统和相干光通信的基本 ，并在将来通信领域中起着不可替代的作用。 12不同波长光纤激光器的研究进展1.21 1.0m附近 (掺Er3+,3+/b3+)光纤激光器 1. m附近光纤激光器由于在光纤通信、激光制导、倍频激光光源、抽运光源等领域的应用而得到了广泛研究。目前，1.0m附近光纤激光器的掺杂稀土离子重要有Yb离子和d3+离子等。早在上世纪0年代中期，Alcc等便在Nd3+离子掺杂光纤中实现了Nd3+离子4F3/24I/的激光发射，该激光波长在90945 nm内可调。而后，随着激光抽运光源的完善，+离子掺杂光纤激光器也被成功研制出来,其激光输出波长的调谐范畴达到1011.16 m。近年来，
8、国内南开大学、中科院上海光机所、华南理工大学等课题组以掺b3+(掺Nd+)玻璃光纤作为增益介质，相继研制了10 m附近激光输出的光纤激光器,并获得了较佳的激光光束质量和较高的输出功率。目前,英国南安普顿大学的课题组掺Yb3石英光纤激光器已实现了1800 W的高功率激光输出。 1.2.2 15m附近 (掺E3，Er3+/Yb3) 光纤激光器由于激光输出波长位于石英光纤的1.5 光通信窗口附近，掺Er3+光纤激光器自上世纪年代以来,成为了国内外研究的热点。随着研究者们对3+掺杂以及r3+/Yb+共掺玻璃光纤的激光输出性能的进一步研究，有关1.5 附近光纤激光器的研制已较成熟。英国南安普顿大学已经研
9、制出了1.m附近激光输出功率超过150 W的光纤激光器，美国的NP otonis公司、亚利桑那大学，以及国内南开大学、华南理工大学等研究机构也已经独立研制出1. 附近激光输出的掺Er3+光纤激光器。1 .2 2. m附近 (掺T3，Ho3+) 光纤激光器2.0 m激光是人眼安全的激光,在气象监测、激光测距、激光雷达、遥感等方面具有广泛应用。此外,水分子在2. m附近有强烈的中红外吸取峰，用该波段激光进行手术，有助于加快血液凝结,减小手术创伤,因此,中红外光纤激光器在医疗和生命科学领域也具有重要的应用。目前，用于2.0 附近中红外激光输出的激光激活粒子重要有m3+和H+离子等。运用3+离子的F4
10、3H6和H3+离子的5I75I跃迁发射,可分别获得波长位于2. m和.1m 附近的激光输出。早在989年,Hnn等采用波长为1064 的Nd：YAG激光器作为抽运源,在掺Tm3石英光纤中实现了2.038 m的激光发射。由于玻璃光纤的非晶态属性,m+离子的激光发射波长可以在较大范畴内调谐。美国NP hotncs公司的Gen等在掺m3+锗酸盐玻璃光纤激光器中,实现了位于140 nm、最大功率达到50 mW的单频激光输出。近来，美国Northo Gman 公司运用组束的措施，在单模掺Tm+光纤激光器系统中实现了波长204 nm、功率达到08 W的激光输出。Ho+离子掺杂光纤激光器一般通过与T3+离子
11、的共掺来实现中红外激光的高效发射,运用80nm附近的激光对Ho+，Tm3+ 共掺光纤进行抽运,3+和Ho3+离子之间可以发生有效的能量传递，从而实现波长在202.1 m的高效激光输出。 .4 2.8 m附近 (掺H3+，r光纤激光器由于2.8m附近存在较强的水分子吸取峰,因此，该波段光纤激光器在生物、医疗等领域具有潜在的应用。此外28 光纤激光器还可以用作中远红外激光器的抽运光源,因此,研究者们对2.8m附近激光输出的光纤激光器进行了研究。目前,运用E3离子的4I112413/2和o+离子的5I57跃迁发射，可获得波长位于附近的激光输出。由于2.8附近激光发射需要基质材料具有低声子能量和高的光
12、学透过率,因此一般采用氟化物玻璃作为光纤基质。上世纪末，美国新墨西哥大学的Jain等运用Er/Pr3+共掺ZBL光纤作为光纤激光器的增益介质,初次获得了r3离子位于2.8 附近的激光输出。 1.3 本文重要研究内容 本文简要简介了光纤激光器件的构造和原理,重要论述了光纤激光器件在通信、军事、制造业、医疗、石油及航天上应用,分析了国内外光纤激光器件的研究进展。光器对光纤激件的发展前景做了科学的展望。光纤激光器因其独有的性能和长处受到世界各国的普遍注重。本文简要简介了光纤激光器的构造、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进行了远望。光纤激光器的构造及工作原理.1 光纤激光器
13、的构造和老式的固体、气体激光器同样。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。泵浦源一般采用高功率半导体激光器(LD)，增益介质为稀土掺杂光纤或一般非线性光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成多种直线型谐振腔,也可以用耦合器构成多种环形谐振腔泵浦光经合适的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸取泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发辐射所产生的自发辐射光经受激放大和谐振腔的选模作用后.最后形成稳定激光输出。图1为典型的光纤激光器的基本构型。增益介质为掺稀土离子的光纤芯，掺杂光纤夹在2个仔细选择的反射镜之间.从而构成FP谐振器。泵浦光束从第1个反射镜入射到稀土掺杂光纤中.激射输出光从第2个反射镜输出来。掺稀土元素的光纤放大器增进了光纤激光器的发展,由于光纤放大器可以通过合适的反馈机理形成光纤激光器。当泵浦光通过光纤中的稀土离子时.就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会鼓励到较高激射能级，从而实现离子数反转，反转后的离子数就会以辐射形式从高能级转移到基态,并且释放出能量，完毕受激辐射。从激发态到基态的辐射方式有2种:自发辐射和受激辐射。其中，受激辐射是一种同频率、同相位的辐射,可以形成相干性较好的激光。激光发射是受激辐射远远超过自发辐射的物理
