光纖激光器的原理與結構

光纖激光器的原理與結構光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!光纖激光器發(fā)展歷史1964世界上個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（Elect.Lett.,23.1987.1026）和美國貝爾實驗室（Opt.Lett.,12.1987.888）用摻Er單模光纖實現(xiàn)光通訊中的光放大。

1988年提出泵浦光進入包層的思想(OpticalFiberSensors.,PD5.1988)1993長方形內(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半導體激光泵浦摻鐿雙包層光纖，實現(xiàn)110W輸出，波長1120nm的激光輸出（Elect.Lett.,35.1999.1158）2002年采用雙波長泵浦釹／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構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!2003年1月Jena的IPHT報道了其采用雙重涂覆的摻Yb光纖的200W光纖激光（SPIE，4974）2003年2月SouthamptonPhotonics,Inc.（SPI）宣布摻Yb光纖實現(xiàn)了270W（1080nm）單模激光輸出2003年5月，IPG公司宣布實現(xiàn)了300W的單模光纖激光2003年7月，SPI公司和英國的南安普墩大學合作，實現(xiàn)了600W的光纖激光(M2=1.26)2004年1月，SPI在PhotonicsWest’2004上，報告單根光纖實現(xiàn)了1千瓦的激光功率輸出。后來又實現(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構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!二、光纖激光器的基本結構光纖激光器的基本結構與固體激光器的結構基本相同。諧振腔LD耦合光學系統(tǒng)工作物質(zhì)(增益光纖)準直光學系統(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構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!

與固體、氣體激光器相比：能量轉換效率高、結構緊湊、可靠性高、適合批量生產(chǎn)；與半導體激光器相比：單色性好，調(diào)制時產(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構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!

雙包層摻雜光纖由纖芯、內(nèi)包層、外包層和保護層四個層次組成。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回反射，多次穿過單模纖芯被其吸收。在雙包層結構中，泵浦光的吸收率和內(nèi)包層的幾何形狀和纖芯在包層結構中的位置有關。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構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!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構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!加州圣何塞光譜二極管實驗室的雙包層光纖激光器其連續(xù)輸出功率大于110W。光-光轉換效率達58.3%、實驗裝置如下圖所示:光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!

美國IPG公司相繼推出輸出功率為700W、2KW和10KW的摻Yb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)多模半導體二極管作為泵浦源，其基本結構如圖所示光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!V形槽泵浦方式光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!微棱鏡泵浦方式光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!光柵側面泵浦方式光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!國內(nèi)研究的最新成果北京交通大學196W激光輸出光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!國內(nèi)研究的最新成果上海光機所研制的最大714W的光纖激光器光纖長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構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!2.任意形狀光纖激光器

雙包層泵浦技術取得良好的效果，但由于受包層截面積的限制，影響泵浦功率的進一步提高。日本植田提出“任意形狀激光器”（不同光纖結構的光纖激光器）的方案。該方案以摻雜光纖構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構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!下圖表示各種形狀：盤狀、片狀、圓柱狀、環(huán)狀、棒狀等不同結構。光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!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構，孔的中間存在著一個缺陷，光就被限制在這個缺陷中傳播。通過控制PCF的空氣孔的排列和大小，可以實現(xiàn)不同的光傳輸出特性。光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!雙空氣包層光子晶體光纖光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!

泵浦用的半導體二極管壽命>１００Khrs.可連續(xù)和脈沖運轉，空氣冷卻。在焦距１５０mm下光斑直徑３０μm。其性能已明顯優(yōu)于半導體激光泵浦固體激光器和CO2激光器。從發(fā)展態(tài)勢看，光纖激光器不僅在光纖通信領域有重要的應用而且迅速地向其他更為廣闊的激光應用領域擴展，這是一類已經(jīng)取得技術突破，正在向技術的廣度和深度迅速發(fā)展的、有重要應用前景的激光器。光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!

光纖激光器大致可分為三類:稀土元素摻雜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非線性效應產(chǎn)生波長可變換的激光。

光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!光纖激光器的主要特點光纖作為導波介質(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，構成的激光器具有高轉換效率、低閾值、高增益、輸出光束質(zhì)量好和線寬窄等特點；由于光纖具有極好的柔繞性，激光器可設計得相當小巧靈活、結構緊湊、體積小、易于系統(tǒng)集成、性能價格比高；光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!

1.雙包層光纖激光器

雙包層摻雜光纖的構形如下圖所示內(nèi)包層光纖芯外包層保護層激光輸出泵浦光光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!纖芯外包層保護層

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構的雙包層光纖，其結構如下圖所示：光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!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構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!

其主要參數(shù)為：發(fā)射波長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構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!泵浦方式光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!嵌入鏡泵浦方式光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!IPG公司光纖激光器泵浦激光二極管預計壽命光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!國內(nèi)研究的最新成果清華大學研制的最大714W的光纖激光器光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!國內(nèi)研究的最新成果光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!低折射率層圓盤主體結構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，表面作成光學表面，使泵浦光在圓盤內(nèi)全反射。光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!耦合波導光纖盤冷卻板輸入輸出LD光纖激光器的原理與結構共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是