《光纤激光器》ppt课件

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1、第8章　光纤激光器8.1光纤激光器的发展简史8.2光纤激光器基本原理及特点8.3光纤激光器的分类8.4光纤激光器发展前景习题8.1光纤激光器的发展简史光纤激光器是在EDFA技术基础上发展起来的技术。早在1961年，美国光学公司的E.Snitzer等就在光纤激光器领域进行了开创性的工作，他们在1963年和1964年分别发表了多组分玻璃光纤中的光放大结果，提出了光纤激光器和光纤放大器的构思。在1966年，高锟和Hockham首先讨论了利用光纤作为通信介质的可能性，讨论了光纤通信的新观点。在光纤激光器发展的最初阶段就考虑了用半导体光源进行泵浦的可

2、能性。1970年后，光纤通信经历了研究开发阶段（1966～1976年）。在1975～1985这十年中，光纤通信进入了实用化阶段，由于相关条件的限制，对光纤激光器的研究很少，不过在这十年中许多发展光纤激光器所必需的工艺技术趋于成熟。低损耗的硅单模光纤和半导体激光器都已商品化并得到了广泛的应用，而且还进行了氟化锆光纤的制作和完善了基于硅光纤的定向耦合器的制作。这些都为光纤激光器的研制铺平了道路。半导体激光器，尤其是高功率输出的半导体激光器作为泵浦源在光纤激光器中极为重要。而熔硅型定向耦合器则对全光纤激光器的设计起着举足轻重的作用。20世纪80年代，

3、英国南安普顿大学的S.B.Poole等用MCVD法制成了低损耗的掺铒光纤，从而为光纤激光器带来了新的发展前景；此后该研究小组又进行了光纤激光的调Q锁模、单纵模输出以及光纤放大器方面的研究工作。英国通信研究实验室（BTRL）于1987年报道了其研究结果，并向人们展示了用各种定向耦合器制作的精巧的光纤激光器装置。他们在增益和激发态吸收等研究领域中做了大量的基础工作，并在用氟化锆光纤激光器获得各种波长的激光输出谱线方面进行了开拓性的研究，最重要的是制成了利用半导体激光器作为泵浦源的光纤激光器和放大器。随着光纤制造工艺与半导体激光器生产技术的日趋成熟，

4、以光纤作基质的光纤激光器，在降低阈值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面已取得明显进步，是目前光通信领域的新兴技术，它可以用于现有的通信系统，使之支持更高的传输速度，是未来高码率密集波分复用系统和未来相干光通信的基础。目前，英国的南安普顿大学、德国汉堡技术大学、美国的Polaroid公司和Bell实验室、日本的NTT以及俄罗斯的IREPolus公司均在光纤激光器研究中取得许多重要成果。我国多所高校和科研机构，包括清华大学、中国科技大学、南开大学、吉林大学以及原邮电部和电子部所属的一些研究单位从上世纪80年代末和90年代初先后开展光纤激光器的研究

5、，在光纤激光器，放大器和相关器件的研究中都取得了一定的进展。但是由于工艺条件和加工技术以及相关器件的制备方面还与国外有明显的差距，所以从总体上讲在这个领域实用化的产品并不多。近年来，美国IPG(photonics)公司异军突起，不仅展示了S、C、L波段的各种光纤放大器，高功率EDFA，拉曼光纤激光器和双波长拉曼光纤激光器，更引起国际关注的是该公司已推出掺镱高功率光纤激光器，其输出功率大于700W，单模输出，其性能明显优于半导体激光泵浦固体激光器和气体激光器。从发展态势看，光纤激光器不仅在光纤通信领域有重要作用，而且迅速地向其他更为广阔的激光应用

6、领域扩展。8.2光纤激光器基本原理及特点8.2.1光纤激光器的基本原理在前面已经介绍了激光产生的基本原理，对激光器的物理基础及原理等做了详细的介绍。下面针对光纤激光器做进一步的叙述。当光束通过含有稀土金属离子的光纤介质时，将由于介质的吸收而受到衰减。入射光子所携带的能量将使介质中的电子被激发到较高的能级。当一个电子处于上能级（高能级）时，它通过驰豫返回基态，并通过辐射和非辐射跃迁释放出能量。非辐射跃迁将产生声子，即周围介质的量子化振动。从上能级到下能级的辐射跃迁包括两种形式：自发辐射和受激辐射。在这两种形式下都有光子被发射。自发辐射过程和

7、无线电衰变的过程相似，即在上能级的电子数随时间成指数减少。当原子中的电子处于激发态时总会有自发辐射产生，这样受激辐射才能产生激光。一个能量和激发能级与基态能级的能量差相等的光子入射到介质中时，就会诱发辐射，产生一个与入射光子同相位的光子，因此由受激辐射所产生的光子表现出一定的相干性。激光的产生是一个放大的过程。在这个过程中受激辐射所占的比例远大于自发辐射。在增益存在的条件下，受激辐射所产生的光子继续诱发受激辐射，使受激辐射光不断增强。当然最初诱发受激辐射的光子源于自发辐射。对于激光波长，流出一段光纤激光介质的光子流要大于进入这段光纤的光子流，即

8、实现了光放大。掺杂光纤被泵浦光激活后，成为激活介质，具有了增益特性。同半导体激光器一样，若要形成激光振荡，则必须满足以下两个条件。（1）必须造成“粒