激光器及其應(yīng)用

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(diǎn)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(zhǎng)、轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)，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(shì)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(lèi)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(diǎn)

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(lèi):

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(zhǎng)可變換的激光。光纖激光器的主要特點(diǎn)

（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(diǎn)；（2）由于光纖具有極好的柔繞性，激光器可設(shè)計(jì)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(jià)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(jiǎn)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(dòng)、高溫度、有灰塵的條件下正常運(yùn)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(zhǎng)，平均無(wú)故障工作時(shí)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(duì)高功率光纖激光器的需要越來(lái)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(gè)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(lái)回反射，多次穿過(guò)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(diǎn)，特別是電光轉(zhuǎn)換效率高，光束質(zhì)量好，泵浦源壽命長(zhǎng)，使用方便，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，空氣冷卻等優(yōu)點(diǎn)，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(lái)越重要的地位，還在激光技術(shù)領(lǐng)