光通信系统光源光纤激光器

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1、1第三章光通信系统光源---光纤激光器第三章光纤激光器3.1光纤激光器简介什么是光纤激光器光纤激光器的发展及分类3.2光纤激光器的基本理论光纤激光器的基本结构掺杂离子的能级结构谐振腔结构3.3光纤激光器的特点及应用光纤激光器的简介光纤：光导纤维的简称，主要由纤芯、包层和涂敷层构成。纤芯由高度透明的介质材料制成，是光波的传输介质；包层是一层折射率稍低于纤芯折射率的介质材料，与纤芯构成光波导，使大部分的电磁场被束缚在纤芯中传输；涂敷层一般由高损耗的柔软材料制成，保护光纤不受水汽的侵蚀和机械的擦伤，同时增加光纤的柔

2、韧性。光纤激光器：指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，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。20世纪60年代初：美国光学公司的Snitzer（斯尼泽）首次提出光纤激光器的概念。20世纪70年代初：美国、苏联等国的研究机构开展初步研究工作。1975年至1985年：由于半导体激光器工艺和光纤制造工艺的成熟和发展，光纤激光器开始腾飞。英国的南安普敦大学和通信研究实验室、西德的汉

3、堡大学、日本的NTT、美国的斯坦福大学和Bell实验室，相继开展了光纤激光器的研究工作，成果显著。光纤激光器的发展3.1光纤激光器的简介1985年英国南安普敦大学的研究组取得突出成绩：用MCVD方法制作成功单模光纤激光器光纤激光器的调Q、锁模、单纵模输出以及光纤放大方面的研究工作。英国通信研究实验室(BTRL)：1987年展示了用各种定向耦合器制作的精巧的光纤激光器装置在增益和激发态吸收等研究领域中也做了大量的基础工作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做了开拓性的工作。20世纪80年代后期，光纤

4、光栅的问世和工艺的成熟，为光纤激光器注入了新的生命力，实现了光纤激光器的全光纤化。光纤激光器的发展1988年,E.Snitzer等提出了双包层光纤,从而使一直被认为只能是小功率器件的光纤激光器可以向高功率方向突破。90年代初，包层泵浦技术的发展，使传统的光纤激光器的功率水平提高了4－5个数量级，是光纤激光器发展史上的又一个里程碑。进入21世纪后,高功率双包层光纤激光器的发展突飞猛进,最高输出功率记录在短时间内接连被打破,目前单纤输出功率(连续)已达到2000W以上。光纤激光器的发展光纤激光器的发展近年来，美国I

5、PGPhotonics公司异军突起，展示S、C、LBands的各种光纤放大器，高功率的EDFA，Raman光纤激光器和双波长Raman光纤激光器，并推出各种商用掺Yb高功率光纤激光器，最大功率达1万瓦；单模输出功率高达1000W,光束质量非常好。光纤激光器的分类按谐振腔结构分类：F-P腔、环形腔、环路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按掺杂元素分类：掺铒（Er3+）、钕（N

6、d3+）、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、连续激光器第三章光纤激光器3.1光纤激光器简介什么是光纤激光器光纤激光器的发展及分类3.2光纤激光器的基本理论光纤激光器的基本结构掺杂离子的能级结构谐振腔结构3.3光纤激光器的特点及应用激光器原理激光器必须具备可以产生受激光发射的物理条件，在一般的激光器中，这些条件是通过下面三部分来实现的，也可以

7、叫作构成激光器的三要素。1.产生粒子数反转任何材料处于平衡态时部是低能态电子数远大于高能态电子数。当外来光子将低能态电子激发到高能态后，由于高能态的电子寿命很短，处于高能态电子又很快回到低能态，这种向上和向下的跃迁几乎是同时进行的。为了获得粒子数反转，就需要极大的激发强度，能够一下子把低能态电子大部分激发到高能态上去。具有这样大激发强度的光源是很难得到的，因而也限制了激光器的使用；同时，很大的激发功率也可能损坏材料。3.2光纤激光器的基本结构2．谐振腔激光器谐振腔一般为F-P干涉共振腔结构，它是由两个反射率很高

8、的相互平行的端面组成的腔体，激光材料产生的受激光发射就是在共振腔里形成的。如果共振腔内的激光材料已达到粒子数反转条件，那么共振腔两端面之间来回反射的光在传播过程中不断激发出受激辐射，由受激辐射产生的光子加入到传播方向平行于共振腔的激发光行列中，这一过程使产生受激跃迁的光场越来越强。LPiPfR1R2反射面反射面腔体轴线12EfEi激光输出激光输出虽然在光传播的过程中也有自发辐射产生的光