光纤激光器及其应用

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1、光纤激光器及其应用制作人：1主要内容1光纤激光器的简介光纤激光器的分类3光纤激光器优点4光纤激光器的原理2光纤激光器的应用和展望52定义光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。简介13发展历史早在20世纪60年代初,美国光学公司的E1Snitzer等人就已经提出了掺稀土元素光纤激光器和放大器的构想,但直到20世纪80年代,随着激光二极管泵浦技术的发展

2、和双包层结构光纤的提出,光纤激光器才进入了一个蓬勃发展的阶段。早期：主要集中在研究短脉冲的输出和可调谐波长范围的扩展方面。目前：主要集中在高功率光纤激光器、高功率光子晶体光纤激光器、窄线宽可调谐光纤激光器、多波长光纤激光器、非线性效应光纤激光器和超短脉冲光纤激光器等几个方面。4光纤激光器的原理光纤激光器和其他激光器一样，由能产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和激励光子跃迁的泵浦源三部分组成。基本原理泵浦光掺杂光纤腔镜腔镜输出激光光纤激光器结构示意图25光纤激光器的分类按谐振腔结构分类：F-P腔、环形腔、环路

3、反射器光纤谐振腔以及“8”字形腔DBR光纤激光器、DFB光纤激光器按光纤结构分类：单包层光纤激光器、双包层光纤激光器按增益介质分类：稀土类掺杂光纤激光器、非线性效应光纤激光器、单晶光纤激光器按掺杂元素分类：掺铒（Er3+）、钕（Nd3+）、镨（Pr3+）、铥（Tm3+）镱（Yb3+）、钬（Ho3+）按输出波长分类：S-波段（1280~1350nm）、C-波段（1528~1565nm）L-波段（1561~1620nm）按输出激光分类：脉冲激光器、连续激光器36几种典型的光纤激光器的介绍这类激光器与掺杂光纤激光器相比具有更高的饱和功率，且没有泵浦源

4、限制，在光纤传感、波分复用（WDM）及相干光通信系统中有着重要应用。一种简单的全光纤受激拉曼散射激光器见下图所示，这是一种单向环形行波腔，耦合器的光强耦合系数为K。一般典型的受激拉曼分子主要有GEO2、SIO2、P2O5。(1)光纤受激拉曼散射激光器受激拉曼散射光纤激光器示意图7(2)光纤光栅激光器DBR光纤激光器基本结构如下图所示，利用一段稀土掺杂光纤和一对相同谐振波长的光纤光栅构成谐振腔，它能实现单纵模工作。DBR光纤光栅激光器基本结构示意图8(3)光纤光栅激光器DFB光纤光栅激光器基本结构如下图所示，在稀土掺杂光纤上直接写入的光栅构成谐振

5、腔，其有源区和反馈区同为一体。DFB光纤光栅激光器基本结构示意图9光纤激光器的优点光纤激光器作为第三代激光技术的代表，具有以下优势：（1）玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化优势；（2）玻璃光纤对入射泵浦光不需要像晶体那样的严格的相位匹配，这是由于玻璃基质Stark分裂引起的非均匀展宽造成吸收带较宽的缘故；（3）玻璃材料具有极低的体积面积比，散热快、损耗低，所以上转换效率较高，激光阈值低；（4）输出激光波长多：这是因为稀土离子能级非常丰富及其稀土离子种类之多；（5）可调谐性：由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽

6、。4410（6）由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点，这是传统激光器无法比拟的。（7）光纤导出，使得激光器能轻易胜任各种多维任意空间加工应用，使机械系统的设计变得非常简单。（8）胜任恶劣的工作环境，对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。（9）不需热电制冷和水冷，只需简单的风冷。（10）高的电光效率：综合电光效率高达20%以上，大幅度节约工作时的耗电，节约运行成本。（11）高功率,目前商用化的光纤激光器是六千瓦。11光纤激光器的应用和展望1标刻应用脉冲光纤激光器以其优良的光束质量，可靠性，最长的免维护时

7、间，最高的整体电光转换效率，脉冲重复频率，最小的体积，无须水冷的最简单、最灵活的使用方式，最低的运行费用使其成为在高速、高精度激光标刻方面的唯一选择。一套光纤激光打标系统可以由一个或两个功率为25W的光纤激光器，一个或两个用来导光到工件上的扫描头以及一台控制扫描头的工业电脑组成。这种设计比用一个50W激光器分束到两个扫描头上的方式高出达4倍以上的效率。该系统最大打标范围是175mm*295mm，光斑大小是35um，在全标刻范围内绝对定位精度是+/-100um。100um工作距离时的聚焦光斑可小到15um。5122材料处理的应用光纤激光器的材料处

8、理是基于材料吸收激光能量的部位被加热的热处理过程。1um左右波长的激光光能很容易被金属、塑料及陶瓷材料吸收。3材料弯曲的应用光纤激光成型或折曲是一种用