光纤光学有源器件ppt课件.pptx

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1、1光纤激光器2Laser：LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation高亮度方向性相干性激光341960，TheodoreMaiman世界上第一台激光器5678激光的应用信息加工医疗照明测距9激光的原理激光产生的条件A.（1）泵源（能量注入）（2）增益介质（吸收泵浦能量并完成光能量放大）（3）谐振腔（提供光反馈和模式选择）B.粒子数反转阈值条件:增益=损耗C.相位平衡条件:激光器必须工作在谐振腔的工作模式上。光腔的驻波条件:在腔内形成驻波。10为激光器纵模间隔。激光器纵模11并非所有频率都能振荡，只有落在增益曲线线宽(即阈值条件)范

2、围内的纵模才能形成实际振荡(如图)。激光振荡模式12激光器横模在激光器内，除有沿着腔轴分布的纵模以外，还存在保持稳定不变分布的光场横向分布，这种来回反射中可保持住的横向光场分布称为横模，它用整数m，n来表征。13激光器的输出由许多独立频率分量——模式组成。模式：能在腔内存在的、稳定的光波基本形式。模式用表示，m,n,q可分别取等整数，一组m,n,q对应一种模式。m,n：垂直腔轴平面内的光场振幅稳定分布情况，称横模阶数，直角坐标系中，m和n的数值分别是该模式在x轴和y轴上的节点数。q：光腔轴向形成的驻波节点数目，称纵模阶数。三者共同决定该模式的振荡频率。激光器输出模式（总结）14激光器输

3、出模式15激光谱线展宽前面讨论的能级是理想无宽度的、从而粒子辐射是单色的，即辐射的全部能量集中于单一频率；但事实上，辐射并非单色，而是分布在中心频率附近一个有限的频率范围内。16均匀展宽激光谱线展宽引起均匀展宽的机理对于每一粒子而言都是相同的。任一粒子对谱线展宽的贡献都是一样的，不可能把线型函数某一特定频率与某些特定粒子相联系起来。每个发光粒子都以洛仑兹线型发射。均匀展宽包括：自然展宽，碰撞展宽和热振动展宽等。掺铒光纤属于均匀展宽增益介质，均匀展宽线宽约11nm。17非均匀展宽非均匀展宽的特点是粒子体系中粒子的发光只对谱线内与其中心频率相对应的部分有贡献，可以区分为线型函数的某一频率范

4、围是由哪些粒子发光所引起的。非均匀展宽主要包括多普勒展宽与残余应力展宽。18光纤激光器Activefiber191961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。光纤激光器发展简史在1975～1985这十年中，光纤激光器发展很小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，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。1988年，E.Snitzer提出了包层泵浦技术，为大功率光纤激光器的制作提供了依据20光纤激光器

5、的优势体积小、结构简单紧凑散热性能好无需光路调整损耗低，阈值低多波长、可调谐实现任意维度加工、无损接入胜任恶劣的工作环境低功率消耗（光-光转换）2122光纤激光器按增益介质分类光纤激光器稀土掺杂光纤激光器非线性光纤激光器发光机制是非线性效应，主要是受激拉曼散射和受激布里渊散射。目前，受激拉曼散射是实现高功率激光输出的一个有效手段。布里渊效应多用于单频及多波长激光输出。激光产生机制是受激辐射。按光纤纤芯所掺稀土元素的不同，可分为掺Er3+光纤激光器、掺Yb3+光纤激光器以及Er3+/Yb3+共掺光纤激光器等。不同的掺杂光纤的发射波长不同，例如掺Er3+的发射波长为1.55μm，掺Yb3+

6、的发射波长为1.06μm。23稀土元素包括15种元素，在元素周期表中位于第五行。目前比较成熟的有源光纤中掺入的稀土离子有Er3+、Nd3+、Pr3+、Tm3+、Yb3+。掺铒(Er3+)光纤在1.55μm波长具有很高的增益，正对应低损耗第三通信窗口，由于其潜在的应用价值，掺铒光纤激光器发展十分迅速。掺镱(Yb3+)光纤激光器是波长1.0~1.2μm的通用源，Yb3+具有相当宽的吸收带(800~1064nm)以及相当宽的激发带(970~1200nm)，故泵浦源选择非常广泛且泵浦源和激光都没有受激态吸收。掺铥(Tm3+)光纤激光器激射波长为1.4μm，也是重要的光纤通信光源。其他掺杂光纤激

7、光器，如在2.1μm工作的掺钬(Ho3+)光纤激光器，由于水分子在2.0μm附近有很强的中红外吸收峰，对邻近组织的热损伤小，且该波段对人眼是安全的，故在医疗和生物学研究上有广阔的应用前景。掺杂光纤激光器24按激光输出的时域特性，光纤激光器又可分为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器。脉冲光纤激光器主要采用锁模技术与调Q技术实现，锁模技术可分为主动锁模和被动锁模两种，调Q分为主动调Q和被动调Q两种。按频域特性，光纤激光器可分为单波长、单纵模、多纵模以及