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光纤激光器原理与特性详解
点击次数:664 发布时间:2016-12-30

一、简介

 

  光纤激光器,英文名称为Fiber Laser,是一种以掺稀土元素的玻璃光纤为增益介质来产生激光输出的装置。光纤激光器可在光纤放大器的基础上进行开发,由于光纤激光器中光纤纤芯很细,因此在泵浦光作用下,光纤内部功率密度高,使得激光能级出现“粒子数反转”现象,在此基础上,再通过正反馈回路构成谐振腔,便可在输出处形成激光振荡。

  

光纤激光器

  二、结构

 

  光纤激光器的结构类似于传统的固体激光器、气体激光器,主要由泵浦源、增益介质、谐振腔三大部分构成,如下图所示。其中,泵浦源一般为高功率的半导体激光器,增益介质为掺稀土元素的玻璃光纤,谐振腔由耦合器或光纤光栅等构成。

  

光纤激光器

  三、原理

 

  在上图中,由泵浦源发出的泵浦光通过一面反射镜耦合进入增益介质中,由于增益介质为掺稀土元素光纤,因此泵浦光被吸收,吸收了光子能量的稀土离子发生能级跃迁并实现粒子数反转,反转后的粒子经过谐振腔,由激发态跃迁回基态,释放能量,并形成稳定的激光输出。

  

光纤激光器

  四、特点

 

  特点一:由于光纤纤芯直径小,在纤芯内容易形成高功率密度,因此光纤激光器具有较高的转换效率、较低的阙值、较高的增益、较窄的线宽、且可方便的实现与当前光纤通信系统的连接。

  特点二:由于光纤具有很好的柔绕性,因此光纤激光器具有小巧灵活、结构紧凑、性价比较高、且更易于系统的集成的特点。

  特点三:与传统的固体激光器、气体激光器相比,光纤激光器的能量转换效率较高、结构较紧凑、可靠性高、且适合大批量的生产。

  特点四:与半导体激光器相比,光纤激光器的单色性较好、调制时可产生较小的啁啾和畸变、且与光纤的耦合损耗较小。

  

光纤激光器

  和半导体激光器相比,光纤激光器的优越性主要体现在:光纤激光器是波导式结构,可容强泵浦,具有高增益、转换效率高、阈值低、输出光束质量好、线宽窄、结构简单、可靠性高等特性,易于实现和光纤的耦合。

 

  我们可以从不同的角度对光纤激光器进行分类,如根据光纤激光器的谐振腔采用的结构可以将其分为Fabry-Perot腔和环行腔两大类。也可根据输出波长数目将其分为单波长和多波长等。

  对于不同类型光纤激光器的特性主要应考虑以下几点:

  (1)阈值应越低越好;

  (2)输出功率与抽运光功率的线性要好;

  (3)输出偏振态;

  (4)模式结构;

  (5)能量转换效率;

  (6)激光器工作波长等。

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