發布日期：2022-10-09 點擊率：133
1 引言
光纖激光器于1963年發明，到20世紀80年代末第一批商用光纖激光器面市，經歷了20多年的發展歷程。光纖激光器被人們視為一種超高速光通信用放大器。光纖激光器技術在高速率大容量波分復用光纖通信系統、高精度光纖傳感技術和大功率激光等方面呈現出廣闊的應用前景和巨大的技術優勢。光纖激光器有很多獨特優點，比如：激光閾值低、高增益、良好的散熱、可調諧參數多、寬的吸收和輻射以及與其他光纖設備兼容、體積小等。近年來光纖激光器的輸出功率得到迅速提高。已達到10—100 kW。作為工業用激光器,現已成為輸出功率最高的激光器。光纖激光器的技術研究受到世界各國的普遍重視，已成為國際學術界的熱門前沿研究課題。其應用領域也已從目前最為成熟的光纖通訊網絡方面迅速地向其他更為廣闊的激光應用領域擴展。本文簡要介紹了光纖激光器的結構、工作原理、分類、特點及其研究進展，最后對光纖激光器的發展前景進行了展望。
2 光纖激光器的結構及工作原理
2.1光纖激光器的結構
和傳統的固體、氣體激光器一樣。光纖激光器基本也是由泵浦源、增益介質、諧振腔三個基本的要素組成。泵浦源一般采用高功率半導體激光器(LD)，增益介質為稀土摻雜光纖或普通非線性光纖，諧振腔可以由光纖光柵等光學反饋元件構成各種直線型諧振腔，也可以用耦合器構成各種環形諧振腔泵浦光經適當的光學系統耦合進入增益光纖，增益光纖在吸收泵浦光后形成粒子數反轉或非線性增益并產生自發輻射所產生的自發輻射光經受激放大和諧振腔的選模作用后．最終形成穩定激光輸出。圖1為典型的光纖激光器的基本構型。 增益介質為摻稀土離子的光纖芯，摻雜光纖夾在2個仔細選擇的反射鏡之間．從而構成F—P諧振器。泵浦光束從第1個反射鏡入射到稀土摻雜光纖中．激射輸出光從第2個反射鏡輸出來。
2.2 光纖激光器的工作原理
摻稀土元素的光纖放大器促進了光纖激光器的發展，因為光纖放大器可以通過適當的反饋機理形成光纖激光器。當泵浦光通過光纖中的稀土離子時．就會被稀土離子所吸收。這時吸收光子能量的稀土原子電子就會激勵到較高激射能級，從而實現離子數反轉，反轉后的離子數就會以輻射形式從高能級轉移到基態，并且釋放出能量，完成受激輻射。從激發態到基態的輻射方式有2種：自發輻射和受激輻射。其中，受激輻射是一種同頻率、同相位的輻射，可以形成相干性很好的激光。激光發射是受激輻射遠遠超過自發輻射的物理過程，為了使這種過程持續發生，必須形成離子數反轉．因此要求參與過程的能級應超過2個，同時還要有泵浦源提供能量。光纖激光器實際上也可以稱為波長轉換器．通過它可以將泵浦波長光轉換為所需的激射波長光。例如，摻鉺光纖激光器將980nm的泵浦光進行泵浦，輸出1550nm的激光。激光的輸出可以是連續的，也可以是脈沖形式的。激光輸出是連續的還是脈沖輸出形式主要依賴于激光工作介質．如果是連續形式輸出，激光上能級的自發發射壽命必須高于激光下能級以獲得較高的粒子數反轉。如果是脈沖形式輸出．激光下能級的壽命就會超過上能級，此時就會以脈沖的形式輸出光纖激光器有2種激射狀態：三能級和四能級激射。
3 光纖激光器的分類
(1)按增益介質分類 :稀土離子摻雜光纖激光器(Nd3+、Er3+．yb3+、Tm3+等，基質可以是石英玻璃、氟化鋯玻璃、單晶)。非線性效應光纖激光器(利用光纖中的SRS、SBS非線性效應產生波長可調諧的激光)。在光纖中摻人不同的稀土離子，并采用適當的泵浦技術，即可獲得不同波段的激光輸出。(2)按諧振腔結構分類:F—P腔、環形腔、環路反射器光纖諧振腔以及”8”字形腔、DBR光纖激光器、DFB光纖激光器(3)按光纖結構分類: 單和雙包層光纖激光器、光子晶體光纖激光器、特種光纖激光器。(4)按輸出激光類型分類: 連續光纖激光器．超短脈沖光纖激光器、大功率光纖激光器。(5)按輸出波長分類:S一波段(1460～1530 nm)、C一波段(1530～1565 nm)、L一波段(1565～ 1610 nm)。
4 光纖激光器的特點
在激光振蕩中．將能量集中于諧振腔所選的駐波以產生相干光。在光技術中，只有光纖和波導能對光軸方向和橫模方向進行三維模控制。在以單模光纖作增益介質的光纖激光器中無競爭橫模，因此可進行穩定的激光振蕩。在由激光引起的熱損傷、受激喇曼散射和受激布里淵散射發生之前，如果沒有模的競爭，那么只要注入泵浦光，就能增大激光輸出功率。激光的增益和損耗比限制存儲于激光介質中的能量轉換效率。因光纖本身的損耗低，與其他激光器相比，具有超長(5—10 m以上)特征的光纖激光器的增益和損耗比大100倍一1000倍。因此，即使進行模控制,也可將存儲能量幾乎無損耗地轉換成激光(光能)。實際上，光纖激光器的輸出功率與泵浦光成正比地線性增大，其轉換效率達到85％。在950 nm波段激勵,在1080 nm波段振蕩的鐿量子效率為88％。由此可知，激光功率幾乎無損耗。例如，芯徑為40 m，長度為10 m，輸出功率為1.36 kW 的單模光纖激光器，其實際激光介質的體積只不過為9 mm。這表明，尺寸為2 mmx2 mm~2．5 mm的微芯片激光器能產生1.36 kW的輸出功率。
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