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1、掺铒光纤激光器的工作原理郭冰清刘昭韩达明张红伟（天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072）摘要光纤激光器由于其特有的优点，近些年受到广泛关注和研究，而掺铒光纤激光器（EDFL）则是几种比较成熟的光纤激光器之一。本文主要介绍了掺铒光纤激光器的工作原理，包括掺铒光纤激光器铒离子能级结构、泵浦机制和增益谱线，以及五种常见的谐振腔型，并对可调谐掺铒光纤激光器和多波长掺铒光纤激光器的工作原理进行了简单介绍。之后简述掺铒光纤激光器的特点，比较了掺铒光纤激光器与其他激光器的优势所在，并在此基础上详述了掺铒光纤激光器在光纤通信及光纤传感方面的应用及问题。最后对掺铒光纤激光器的发展进行了展望。关键
2、词激光器；工作原理和应用；掺铒光纤激光器；谐振腔中图分类号TN248 文献标识码ATheWorkingPrincipleofDopedFiberLaserGUOBing-qing,LIUZhao,HANDa-ming,ZHANGHong-wei(CollegeofPrecisionInstrumentandOptoelectronicsEngineering,TianjinUniversity,Tianjin,300072,China)AbstractInrecentyears,theopticfiberlasersarepaidmuchattentionandresearched,
3、duetoitsspecialadvantages.Anderbium-dopedfiberlaserisoneoftheseveralmaturefiberlasers.Thispapermainlyintroducestheworkingprincipleoferbium-dopedfiberlaser,includingenergylevelstructureoferbiumion,pumpingmechanism,resonantcavity,gainspectrum,andfivecommonresonantcavity.Theprincipleoftunableerbium-
4、dopedfiberlaserandmultiwavelengtherbium-dopedfiberlaserareintroduced.Afterthat,thepaperintroducesthecharacteristicoferbium-dopedfiberlaser,andtheadvantagescomparingwithotherlaser.Andonthisbasis,itsapplicationinfibercommunicationandfibersensingiselaborated.Finally,theprospectsforthefutureoferbium-
5、dopedfiberlaserarepresented.Keywordslasers;workingprincipleandapplication;erbium-dopedfiberlasers;resonatorOCIScodes140.3500;140.3510;140.343014141引言掺稀土元素光纤激光器是利用在光纤中掺杂稀土元素引起的增益机制，通过引入反馈，实现激光振荡的。掺杂光纤激光器具有结构紧凑、微型化、全固化以及与传输光纤的通融性等特点，其可调参数多，选择范围宽。另外，由于光纤很细，所以在光纤内可形成高功率密度。特别是掺铒光纤激光器作为一种高性能激光源，受到越来越多的
6、关注。掺铒光纤具有80nm宽的增益谱轮廓，其工作波长恰好落在光纤通信的最佳波长区（1.31—1.55μm），增益比较高，而且需要的泵浦功率也比较低。由于掺铒光纤本身就是增益介质，所以与线路的耦合损耗很小，噪声低。因此掺铒光纤激光器广泛应用于大容量长距离光纤通信和DWDM系统以及光纤传感中。2掺铒光纤激光器的工作原理2.1掺铒光纤激光器的基本结构掺铒光纤激光器最本质的工作原理就是光的受激辐射放大。作为增益介质的掺铒光纤在泵浦源的作用下，Er3+受激跃迁到抽运高能级，然后迅速通过无辐射跃迁到达激光上能级，当泵浦功率足够大时，即可在激光上能级和激光下能级实现集居数反转。进一步引入各种形式的正反
7、馈，使光在增益介质中往返通过，即可实现光的受激辐射放大。当光达到极高的强度，即可形成激光输出，从而构成掺铒光纤激光器。由此可见掺铒光纤激光器包含三个重要的部分：第一是使光受激辐射放大的增益介质；第二是激发增益介质的泵浦源；第三是使光子得到反馈并在增益介质中进行放大的谐振腔。下面我们将从这三个方面出发详述掺铒光纤激光器的工作原理。最后简单介绍两种常用掺铒光纤激光器。2.2铒离子的能级结构掺铒光纤激光器是利用掺入石英光纤或氟化物光纤中的
