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高功率光纤激光器
点击次数:578 发布时间:2016-12-28

高功率光纤激光器

  下图是来自俄罗斯技术的IPG公司的高功率光纤激光器的原理图,按激光器三大组成部分浅析如下:

  工作物质-----双包层特种光纤:

  1、单模纤芯由掺镱离子等元素的石英材料构成,作为激光振荡通道;而内包层则由横向尺寸和数值孔径比纤芯大的多、折射率比纤芯小的纯石英材料构成,它是接受多模LD泵浦光的多模光纤;正是因为掺杂激活纤芯和接受多模泵浦光的多模内包层分开,才得以实现了多模光泵浦而单模光输出的可能,从而无形化解了激光功率和光束质量这一矛盾。

  2、整个双包层光纤采用D型等结构,旋光效应小,吸收充分,光光转换80%以上。

  3、光纤两侧生出无数杈纤,每分衩可与带尾纤的LD无缝耦合形成分点泵浦,可极大地提高输出功率,同时又避免了传统端泵带来的一系列热效应问题。

  5、光纤采用比普通玻璃性能更好的石英材料制成,同时掺杂耐高辐射离子,整段光纤可承受高达10,000W的激光能量而不会出现热损伤情况。

  6、Yb3+没有激发态吸收,可高浓度掺杂,同时光纤可达几百米,一可大大提高激光增益,二又增大了散热面积;光纤盘在热沉上,简单风冷便可稳定工作。

  7、Yb3+的吸收谱比Nd3+要宽10倍,对LD光源模式十分宽松,几乎不受波长温漂的影响,可大大转换效率。

  8、Yb3+能级为简单的二能级,亚稳态寿命是Nd3+的三倍,小功率泵源就可在激发态积累贮存大量的能量,十分合适在极窄的纤芯内形成高密度的离子数反转,从而可输出稳定的强激光。

光学谐振腔----光纤光栅:

  1、光纤光栅是利用光纤材料的光敏性:即外界入射光子和纤芯相互作用而引起后者折射率的*性变化,用紫外激光直接写入法在单模光纤的纤芯内形成的空间相位光栅,其实质是在纤芯内形成一个窄带的滤光器或反射镜。

  2、光纤光栅是被刻在纤芯的两端,当激活离子发射出一连续宽带光传输到光栅时,它会有选择地反射回相应的一个窄带光(如1064nm),并沿原传输光纤返回振动;其余杂光则直接透射或发射到光纤外滤掉。

  3、光纤光栅是在纤芯本身上刻录的,与光纤连成一体高度融合,不占任何额外体积,无任何插损,不怕任何振动和杂物的侵入。

  4、光纤光栅起着激光选频、反馈和放大的功能,从而巧妙地取代了镜片式传统光学谐振腔,从根本上解决了震动、灰尘和潮湿等引起的一系列光路需调节的烦琐问题。

  5、一般的通讯光纤光栅是温度敏感的,要承受高功率激光辐射,则必须采用负膨胀材料封装光纤光栅,把温漂系数控制在0.001nm/oC以下。

  泵浦系统-----侧面泵浦:

  1、采用杈纤直接熔接耦合进行侧泵,一无需任何光学元件,二可避免损伤光纤端面,三是容易提高泵源的注入。

  2、新颖的蜈蚣式侧泵方式:光纤两侧生许多纤杈与LD尾纤直接熔接,从各个不同点进行单个泵浦,可避免强激光单点引起的非线性效应和模式恶化。

  3、采用多个高功率LD单管代替LD集成阵列作泵浦源,一可提高光源的模式,二是易于泵源的散热提高寿命,三有利于维修更换。

  4、采用发光面很宽的LD(100-250us)作为泵源可大大降低LD发光点所承受的光功率密度提高其寿命,一般可达100,000小时。

 

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