光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)

光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!光纖激光器發(fā)展歷史1964世界上個(gè)玻璃激光為釹玻璃光纖激光(Appl.Opt.,3.1964.1182）1987英南安普頓大學(xué)（Elect.Lett.,23.1987.1026）和美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室（Opt.Lett.,12.1987.888）用摻Er單模光纖實(shí)現(xiàn)光通訊中的光放大。

1988年提出泵浦光進(jìn)入包層的思想(OpticalFiberSensors.,PD5.1988)1993長(zhǎng)方形內(nèi)包層光纖激光器。光－光效率50％，功率5W）（Elect.Lett.,29.1993.1500）1999用4只45W半導(dǎo)體激光泵浦摻鐿雙包層光纖，實(shí)現(xiàn)110W輸出，波長(zhǎng)1120nm的激光輸出（Elect.Lett.,35.1999.1158）2002年采用雙波長(zhǎng)泵浦釹／鐿共摻雜的雙包層光纖，獲得150W激光輸出（CLEO,2002）光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!2003年1月Jena的IPHT報(bào)道了其采用雙重涂覆的摻Y(jié)b光纖的200W光纖激光（SPIE，4974）2003年2月SouthamptonPhotonics,Inc.（SPI）宣布摻Y(jié)b光纖實(shí)現(xiàn)了270W（1080nm）單模激光輸出2003年5月，IPG公司宣布實(shí)現(xiàn)了300W的單模光纖激光2003年7月，SPI公司和英國(guó)的南安普墩大學(xué)合作，實(shí)現(xiàn)了600W的光纖激光(M2=1.26)2004年1月，SPI在PhotonicsWest’2004上，報(bào)告單根光纖實(shí)現(xiàn)了1千瓦的激光功率輸出。后來(lái)又實(shí)現(xiàn)了1.36kW輸出。Opt.Express12,6088-6092(2004)2005年1月,IPGphotonics,2kW(amplifier)2008年1月,IPGphotonics,20kW(amplifier)光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!二、光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)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。諧振腔LD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)諧振腔腔鏡可為反射鏡、光纖光柵或光纖環(huán)

泵浦源光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!

與固體、氣體激光器相比：能量轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、適合批量生產(chǎn)；與半導(dǎo)體激光器相比：?jiǎn)紊院?，調(diào)制時(shí)產(chǎn)生的啁啾和畸變小，與光纖耦合損耗小。光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!

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。光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!偏心型內(nèi)包層雙包層光纖橫剖面正方形內(nèi)包層雙包層光纖橫剖面長(zhǎng)方形內(nèi)包層雙包層光纖橫剖面纖芯內(nèi)包層外包層保護(hù)層星型內(nèi)包層雙包層光纖橫剖面光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!加州圣何塞光譜二極管實(shí)驗(yàn)室的雙包層光纖激光器其連續(xù)輸出功率大于110W。光-光轉(zhuǎn)換效率達(dá)58.3%、實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示:光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!

美國(guó)IPG公司相繼推出輸出功率為700W、2KW和10KW的摻Y(jié)b雙包層高功率光纖激光器產(chǎn)品。為了提高光纖激光器的輸出功率，可采用多組寬帶區(qū)多模半導(dǎo)體二極管作為泵浦源，其基本結(jié)構(gòu)如圖所示光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!V形槽泵浦方式光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!微棱鏡泵浦方式光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!光柵側(cè)面泵浦方式光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!國(guó)內(nèi)研究的最新成果北京交通大學(xué)196W激光輸出光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!國(guó)內(nèi)研究的最新成果上海光機(jī)所研制的最大714W的光纖激光器光纖長(zhǎng)21m,內(nèi)包層D形，NA0.46,芯徑38微米，NA0.08光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!2.任意形狀光纖激光器

雙包層泵浦技術(shù)取得良好的效果，但由于受包層截面積的限制，影響泵浦功率的進(jìn)一步提高。日本植田提出“任意形狀激光器”（不同光纖結(jié)構(gòu)的光纖激光器）的方案。該方案以摻雜光纖構(gòu)成圓盤狀或圓柱狀等不同的光纖介質(zhì)，泵浦光從邊緣注入，這樣泵浦光的耦合能利用的面積比纖芯端面和包層端面大得多。光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!下圖表示各種形狀：盤狀、片狀、圓柱狀、環(huán)狀、棒狀等不同結(jié)構(gòu)。光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!六、光子晶體光纖(Photoniccrystalfiber)的發(fā)展1987年YABLONOVITCH和JOHN最早提出了光子晶體（Photonicscrystal)概念，1992年RUSELL等人得出了光子晶體光纖（PCF）概念，在石英光纖中沿軸向均勻排列著空氣孔，從橫截面上看二維的周期結(jié)構(gòu)，孔的中間存在著一個(gè)缺陷，光就被限制在這個(gè)缺陷中傳播。通過(guò)控制PCF的空氣孔的排列和大小，可以實(shí)現(xiàn)不同的光傳輸出特性。光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!雙空氣包層光子晶體光纖光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!

泵浦用的半導(dǎo)體二極管壽命>１００Khrs.可連續(xù)和脈沖運(yùn)轉(zhuǎn)，空氣冷卻。在焦距１５０mm下光斑直徑３０μm。其性能已明顯優(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。光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!

光纖激光器大致可分為三類: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，單晶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。

光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!光纖激光器的主要特點(diǎn)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)；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；光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!

1.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)層激光輸出泵浦光光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!纖芯外包層保護(hù)層

圓形內(nèi)包層雙包層光纖橫剖面內(nèi)包層D型內(nèi)包層雙包層光纖橫剖面下面介紹幾種不同幾何結(jié)構(gòu)的雙包層光纖，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!圓形、偏心、D形、矩形內(nèi)包層的雙包層光纖吸收效率比較光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!

其主要參數(shù)為：發(fā)射波長(zhǎng)1120nm，最大輸出功率110W，光束質(zhì)量（M2）1.1~1.7;包層光纖：170μmX330μm矩形內(nèi)包層，單模纖芯直徑9.2μm。光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!泵浦方式光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁(yè)!嵌入鏡泵浦方式光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁(yè)!IPG公司光纖激光器泵浦激光二極管預(yù)計(jì)壽命光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁(yè)!國(guó)內(nèi)研究的最新成果清華大學(xué)研制的最大714W的光纖激光器光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁(yè)!國(guó)內(nèi)研究的最新成果光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁(yè)!低折射率層圓盤主體結(jié)構(gòu)摻雜光纖泵浦光以平面狀為例，用折射率與纖維包層相同的材料嵌入光纖的間隙，表面作成光學(xué)表面，使泵浦光在圓盤內(nèi)全反射。光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁(yè)!耦合波導(dǎo)光纖盤冷卻板輸入輸出LD光纖激光器的原理與結(jié)構(gòu)共40頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是