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1、光纤激光器简介二、光纤激光器的结构和类型1. 光纤激光器的结构要产生激光，必须具备工作介质、泵浦源和谐振腔这三个基本条件。 光纤激光器一般是采用掺杂光纤作为工作介质，以光纤光栅、光纤环形镜 或光纤端面等作为反射镜来构成反馈腔。光纤激光器普遍采用光泵浦，泵 浦被耦合进光纤，由于光纤纤芯很细，在泵浦光的作用下光纤内容易形成 高功率密度，造成激光工作介质的能级上“粒子数反转”，再加上合适的 反馈装置构成谐振腔，就能够产生激光振荡。1.1泵浦方式(1) 小功率LD端面泵浦.。采用一定的耦合系统将泵浦光会聚到较小的 激光介质表面，可以实现激光器表面处的高泵浦功率密度，实现对激光介质 的高效泵浦.这种小功
2、率激光器的单模纤芯直径只有 9um，它只能采用端面 泵浦，无法承受太高的功率密度。同时单模纤芯对 LD的模式提出了严格的 要求，只有单模光才可以耦合进纤芯进行有效泵浦，但是大功率单模LD至今无法实现，该种结构一直局限于光通信领域。(2) 高功率泵浦.其中一个典型的结构及时采用杈纤进行侧面泵浦，其结 构如图1.2谐振腔结构(1)线形腔a. DBR光线激光器.DBR光纤激光器使用两个较高反射率的光纤光栅 作为反射镜，将其置于掺杂光纤的两端，构成线形激光谐振腔来增强模式掺杂光新选择。b.DFB光纤激光器.是利用直接在稀土掺杂光纤写入的光栅来构成谐 振腔的。(2)环形腔光纤环形谐振腔的结构如图1.3增
3、益介质现在大部分的光线激光器都采用掺杂光纤作为增益介质。目前，比较成熟的有源光纤中掺入的稀土离子有 Er3+、Nd3+、Yb3+。掺铒光纤 在1.55um波长具有很高的增益，对应低损耗第三通信窗口，由于其潜在的 应用价值，掺铒光纤激光器发展十分迅速。掺镜光纤激光器是1.0-1.2um波长的通用源，Yb3+具有相当宽的吸收带(800-1064nm)以及相当宽的激 发带(970-1200nm)，故泵浦源的选择非常广泛且泵浦源和激光都没有受 激态吸收。2. 光纤激光器的类型2.1按照光纤材料的种类，光纤激光器可分为：(1) 晶体光纤激光器。工作物质是激光晶体光纤，主要有红宝石单晶光 纤激光器和Nd3
4、+:YAG单晶光纤激光器等。(2) 非线性光学型光纤激光器。主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激 布里渊散射光纤激光器。(3) 稀土类掺杂光纤激光器。光纤的基质材料是玻璃，向光纤中掺杂稀 土类元素离子使之激活，而制成光纤激光器。(4) 塑料光纤激光器。向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光 纤激光器。2.2按照光纤结构的种类，光纤激光器可分为：(1)单包层光纤激光器保护层包房搂稀土纤芯(2)双包层光纤激光器双包层光纤由纤芯、内包层、外包层、保护层四部分组成。纤芯由掺 稀土元素的SiO2组成，是激光振荡的通道，对相关波长为单模；内包层由 横向尺寸和数值孔径比纤芯大得多，折射率比纤芯小的SiO2
5、组成，是泵浦光的通道，对泵浦光波长为多模；外包层由折射率比内包层小的材料构成； 保护层由硬塑料包围，起保护光纤的作用单包层光纤激光器保护层外包房 内包届掺稀土纤芯激光输出双包层光纤激光器2.3按照激光输出的时域特性，光纤激光器可分为：(1) 连续激光器(2) 脉冲激光器Q开关是调Q光纤激光器的核心器件，根据调Q激光器的基本原理，选 用Q开关时，有激光关键因素必须考虑：一是开关在高损状态和低损状态的 消光比.二是开关时间应该尽可能短.三是Q开关的插入损耗要尽量小，以获 得高峰值功率、高脉冲能量的输出。目前使用广泛的Q开关主要分为非光纤型和全光纤型，非光纤型Q开关包括声光Q开关、电光Q开关、可饱和
6、 吸收体等，全光纤型Q开关包括Sagnac环调Q、周期可调的光纤光栅调Q、 光纤型可饱和吸收体调Q等。种子脉冲主振荡放大(MOPA)光线激光器.种子源振荡放大光纤激光器 的单脉冲能量较高、平均输出功率较大、调谐范围广、光束质量好，是一 种比较理想的脉冲输出激光器。通常由锁模激光器或调Q激光器得到，放大增益介质为掺稀土双包层光纤。光纤中超短脉冲的放受可提取能量限制， 可提取能量又由饱和能量阈值、信号增益和激励介质的面积决定。为尽可 能地提高功率，必须解决光线中非线性效应对光纤长度的限制和使泵浦光 吸收更充分需要较长光纤之间的矛盾，增大纤芯直径是比较好的解决办法。光纤激光器性能基本参数(1)光学性能光学性能包括以下参数：操作模式、偏振态、最大的平均输出功率、 脉冲重复频率、脉冲能量、中心发射波长、激射带宽、脉冲宽度、调节范 围、指示激光波长(2)光束输出和隔离器特性光束输出特性包括如下：输出光斑的直径、光束质量、发散角输出光纤长度、功率输出稳定性、强后反射工作时间、输出光纤的长度。输出隔离的特性包括如下：隔离器的尺寸、隔离器工作温度、输出隔 离器的重量
