蘇州中科中美光纖激光器的結(jié)構(gòu)與原理
一、光纖激光器是什么
光纖激光器，英文名稱為Fiber Laser，是一種以摻稀土元素的玻璃光纖為增益介質(zhì)來(lái)產(chǎn)生激光輸出的裝置。光纖激光器的最大特點(diǎn)就是一根光纖穿到底，整臺(tái)機(jī)器高度實(shí)現(xiàn)光纖一體化。而那些只在外部導(dǎo)光部分采用光纖傳輸或者LD泵浦源采用尾纖來(lái)耦合的激光器都不是真正意義上的光纖激光器。
二、光纖激光器的分類
(1)按增益介質(zhì)分類 :
稀土離子摻雜光纖激光器(Nd3+、Er3+．yb3+、Tm3+等，基質(zhì)可以是石英玻璃、氟化鋯玻璃、單晶)。
非線性效應(yīng)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)可調(diào)諧的激光)。在光纖中摻人不同的稀土離子，并采用適當(dāng)?shù)谋闷旨夹g(shù)，即可獲得不同波段的激光輸出。
(2)按諧振腔結(jié)構(gòu)分類:
F—P腔、環(huán)形腔、環(huán)路反射器光纖諧振腔以及”8”字形腔、DBR光纖激光器、DFB光纖激光器。
(3)按光纖結(jié)構(gòu)分類:
單和雙包層光纖激光器、光子晶體光纖激光器、特種光纖激光器。
(4)按輸出激光類型分類:
連續(xù)光纖激光器．超短脈沖光纖激光器、大功率光纖激光器。
(5)按輸出波長(zhǎng)分類:
S一波段(1460～1530 nm)、C一波段(1530～1565 nm)、L一波段(1565 1610 nm)。
三、光纖激光器的組成結(jié)構(gòu)
光纖激光器的結(jié)構(gòu)類似于傳統(tǒng)的固體激光器、氣體激光器，主要由泵浦源、增益介質(zhì)、諧振腔三大部分構(gòu)成，如下圖所示。其中，泵浦源一般為高功率的半導(dǎo)體激光器，增益介質(zhì)為摻稀土元素的玻璃光纖，諧振腔由耦合器或光纖光柵等構(gòu)成。
四、光纖激光器的基本原理
在上圖中，由泵浦源發(fā)出的泵浦光通過(guò)一面反射鏡耦合進(jìn)入增益介質(zhì)中，由于增益介質(zhì)為摻稀土元素光纖，因此泵浦光被吸收，吸收了光子能量的稀土離子發(fā)生能級(jí)躍遷并實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)后的粒子經(jīng)過(guò)諧振腔，由激發(fā)態(tài)躍遷回基態(tài)，釋放能量，并形成穩(wěn)定的激光輸出。
當(dāng)泵浦光通過(guò)光纖中的稀土離子時(shí)．就會(huì)被稀土離子所吸收。這時(shí)吸收光子能量的稀土原子電子就會(huì)激勵(lì)到較高激射能級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)離子數(shù)反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)后的離子數(shù)就會(huì)以輻射形式從高能級(jí)轉(zhuǎn)移到基態(tài)，并且釋放出能量，完成受激輻射。從激發(fā)態(tài)到基態(tài)的輻射方式有2種：自發(fā)輻射和受激輻射。其中，受激輻射是一種同頻率、同相位的輻射，可以形成相干性很好的激光。激光發(fā)射是受激輻射遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)自發(fā)輻射的物理過(guò)程，為了使這種過(guò)程持續(xù)發(fā)生，必須形成離子數(shù)反轉(zhuǎn)．因此要求參與過(guò)程的能級(jí)應(yīng)超過(guò)2個(gè)，同時(shí)還要有泵浦源提供能量。
五、光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)
1、由于光纖纖芯直徑小，在纖芯內(nèi)容易形成高功率密度，因此光纖激光器具有較高的轉(zhuǎn)換效率、較低的闕值、較高的增益、較窄的線寬、且可方便高效的實(shí)現(xiàn)與當(dāng)前光纖通信系統(tǒng)的連接。
2、由于光纖具有很好的柔繞性，因此光纖激光器具有小巧靈活、結(jié)構(gòu)緊湊、性價(jià)比較高、且更易于系統(tǒng)的集成的特點(diǎn)。
3、與傳統(tǒng)的固體激光器、氣體激光器相比，光纖激光器的能量轉(zhuǎn)換效率較高、結(jié)構(gòu)較緊湊、可靠性高、且適合大批量的生產(chǎn)。
4、與半導(dǎo)體激光器相比，光纖激光器的單色性較好、調(diào)制時(shí)可產(chǎn)生較小的啁啾和畸變、且與光纖的耦合損耗較小。
六、光纖激光器的應(yīng)用
光纖激光器應(yīng)用范圍非常廣泛，包括激光光纖通訊、激光空間遠(yuǎn)距通訊、工業(yè)造船、汽車制造、激光雕刻激光打標(biāo)激光切割、印刷制輥、金屬非金屬鉆孔/切割/焊接（銅焊、淬水、包層以及深度焊接）、軍事國(guó)防安全、醫(yī)療器械儀器設(shè)備、大型基礎(chǔ)建設(shè)，作為其他激光器的泵浦源等等。
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