光纤激光器的发展和研究现状

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1、科研训练报告设计题目：光纤激光器的发展和研究现状专业班级：姓名：班内序号：指导教师：光纤激光器的发展和研究现状摘要：光纤激光器以其无与伦比的性能优势吸引了研究人员的兴趣和产业界的重视。本文回顾了光纤激光器的发展历程,对比总结了光纤激光器的优势,并提出了光纤激光器的发展趋势,对光纤激光器的研究具有参考作用。Abstract:Fiberlaser’sunmatchedperformanceadvantagesattractedtheinterestofresearchersandattentionoft

2、heindustry.Thispaperreviewedthedevelopmentoffiberlaser,summarizeditsadvantagesandpresentedthedevelopmenttrend,whichofferedreferencetotheresearchoffiberlaser.关键词:光纤激光器;原理;发展趋势Keywords:fiberlaser;principle;developmenttrend引言：近几年，光纤激光器因其具有优异的光束质量、非常高的功率和功

3、率密度、易于冷却、高的稳定性和可靠性等多方面的优点引起了研究人员和应用者日益浓厚的兴趣，已经在和将在通信、医疗、军事等领域大展身手。并在多种应用场合取代目前常用的气体和固体激光器。光纤激光产品的出现以及性能的不断改善必将加快激光在各种领域的应用，从而提高工业生产水平和人们的生活质量。1　光纤激光器的基本原理和结构1.1　光纤激光器的原理在光纤纤芯中掺入稀土离子，泵浦光通过光纤时，纤芯中的稀土离子吸收泵浦光，跃迁到激光上能级，产生粒子数反转。反转后的粒子在自发辐射光子或者特别注入的光子诱导下以受激辐射

4、跃迁到激光下能级，同时发射出与诱导光子相同的光子，这样的过程雪崩般发生，于是发射出激光。这就是光纤激光器的基本原理。选择在光纤中掺稀土离子构成光纤激光器，部分原因就是稀土离子的吸收范围正好与半导体激光器的辐射范围重合，因而能方便地采用成本低廉的、工艺较为成熟的半导体激光器作为泵浦光源。1.2　光纤激光器的结构光纤激光器的基本结构由增益介质、谐振腔与泵浦源组成。增益介质为掺有稀土离子的光纤芯，掺杂光纤放置在两个反射率经过选择的腔镜之间，泵浦光从光纤激光器的左边腔镜耦合进入光纤，经准直光学系统和滤波器得

5、到输出激光。从理论上来说，只有泵浦源和增益光纤是构成光纤激光器的必须组件，而谐振腔并非必不可缺的组件。谐振腔的选模和增加增益介质长度的作用在光纤激光器中是可以不用的，因长光纤本身可以非常长,从而获得很高的单程增益，而光纤的波导效应又可以起到选模的作用。但实际应用中人们一般希望使用较短光纤，所以多数情况下采用谐振腔，以引入反馈。1.3　光纤激光器的分类光纤激光器种类繁多,按照不同的标准可以分成若干种类，具体分类如表1所示。分类方法种类按输出模式分类单模光纤激光器和多模光纤激光器按光波波段分类S波段(1

6、280～1350nm)、C波段(1528～1565nm)和L波段(1561～1620nm)按谐振腔结构分类F-P腔、WDM谐振腔、光纤光栅谐振腔等按工作机制分类上转换光纤激光器和下转换光纤激光器按工作方式分类脉冲激光器和连续激光器按掺杂元素分类掺饵(Er3+)、钕(Nd3+)、镨(Pr3+)、钬(Ho3+)镱(Yb3+)、铥(Tm3+)等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、单晶光纤激光器和塑料光纤激光器等表1　光纤激光器分类表2　光纤激光器的发展历程虽然光纤激光器在最近几年成为

7、研究和关注的热点，但光纤激光器并非新生事物。就在激光器诞生后的第二年即1961年，美国光学公司(AmericanOpticalCorporation)的E.Snitzer采用灯泵浦0.012英寸(约304μm)和32μm两种直径的光纤(纤芯材料是掺Nd3+钡冕玻璃(bariumcrownglass),包层是苏打-石灰-硅酸盐材料)，观察到了中心波长为1.06μm的受激辐射现象，这是国际上最早报道的光纤激光器。1964年C.J.Koester和E.Snitzer又发表了多组份玻璃光纤中的光放大结果。不

8、久以后，光纤激光器被用于光学信息处理方面的工作，但由于当时条件的限制，此后光纤激光器的发展基本停滞不前。高锟和Hockham在1966年首先讨论了利用光纤作为通讯介质的可能性。此后光纤在通信领域得到较快发展，经历了研究开发阶段(1966～1976)、实用化阶段(1977～1986)后迅速进入发展阶段即1986年以后的大规模光纤通信建设阶段。由于光通信的迅猛发展，光纤制造工艺与半导体激光器生产技术日趋成熟，基于石英光纤的定向耦合器这样的重要器件也成功制作，这一切为光纤激