1、 光電子論文 *學院 *專業 *班 *號 *激光器的應用光纖激光器 近幾年，光纖激光器因其具有優異的光束質量、非常高的功率和功率密度、易于冷卻、高的穩定性和可靠性等多方面的優點引起了研究人員和應用者日益濃厚的興趣，已經在和將在通信、醫療、軍事等領域大展身手，并在多種應用場合取代目前常用的氣體和固體激光器。光纖激光產品的出現以及性能的不斷改善， 必將加快激光在各種領域的應用，從而提高工業生產水平和人們的生活質量。在光纖纖芯中摻入稀土離子，泵浦光通過光纖時，纖芯中的稀土離子吸收泵浦光，躍遷到激光上能級，產生粒子數反轉。反轉后的粒子在 自發輻射光子或者特別注入的光子誘導下以受激輻射躍遷到激光下能級，

2、同時發射出與誘導光子相同的光子，這樣的過程雪崩般發生，于是發射出激光。這就是光纖激光器的根本原理。選擇在中摻稀土離子構成光纖激光器，局部原因就是稀土離子的吸收范圍正好與半導體激光器的輻射圍重合，因而能方便地采用本錢低廉的、工藝成熟的半導體激光器作為泵浦光源。光纖激光器的根本結構 由增益介質，諧振腔與泵浦源組成。增益介質為摻有稀土離子的光纖芯，摻雜光纖放置在兩個反射率經過選擇的腔鏡之間，泵浦光從光纖激光器的左邊腔鏡耦合進入光纖，經準直光學系統和濾波到輸出激光。從理論上來說，只有泵浦源和增益較多光纖是構成光纖激光器的必須組件，而諧振腔并非必不可缺的組件。諧振腔的選模和增加增益介質長度的作用在光纖激

3、光器中是可以不用的, 因長光纖本身可以非常長，從而獲得很高的單程增益 ,而光纖的波導效應又可以起到選模的作用。但實際應用中人們一般希望使用較短光纖，所以多數情況下采用諧振腔，以引入反應。光纖激光器種類繁多，按照不同的標準可以分成假設干種類。按輸出光波組成分類：單波長光纖激光器和多波長光纖激光器；按輸出光波模式分類：單模光纖激光器和多模光纖激光器；按輸出光波波段分類：S波段12801350nm、C波段15281565nm和L波段15611620nm；按光纖街面結構分類：單包層、多包層和光子晶體光纖激光器；按諧振腔結構分類：FP腔、WDM諧振腔、光纖光柵諧振腔等；按工作機制分類：上轉換光纖激光器和

4、下轉換光纖激光器；按工作方式分類：脈沖激光器和連續激光器；按增益介質分類：稀土類摻雜光纖激光器、非線性效應光纖激光器、單晶體光纖激光器和塑料光纖激光器。所謂光纖激光器就是用光纖作激光介質的激光器，1964年世界上第一代玻璃激光器就是光纖激光器。由于光纖的纖芯很細，一般的泵浦源例如氣體放電燈很難聚焦到芯部。所以在以后的二十余年中光纖激光器沒有得到很好的開展。隨著半導體激光器泵浦技術的開展，以及光纖通信蓬勃開展的需要，1987年英國南安普頓大學美國貝爾實驗室實驗證明了摻鉺光纖放大器EDFA的可行性。它采用半導體激光光泵摻鉺單模光纖對光信號實現放大，現在這種EDFA已經成為光纖通信中不可缺少的重要器

5、件。由于要將半導體激光泵浦入單模光纖的纖芯一般直徑小于10um，要求半導體激光也必須為單模的，這使得單模EDFA難以實現高功率，報道的最高功率也就幾百毫瓦。 為了提高功率，1988年左右有人提出光泵由包層進入。初期的設計是圓形的內包層，但由于圓形內包層完美的對稱性，使得泵浦吸收效率不高，直到九十年代初矩形內包層的出現，使激光轉換效率提高到50%，輸出功率到達5瓦。1999年用四個45瓦的半導體激光器從兩端泵浦，獲得了110瓦的單模連續激光輸出。近兩年，隨著高功率半導體激光器泵浦技術和雙包層光纖制作工藝的開展，光纖激光器的輸出功率逐步提高，目前采用單根光纖，已經實現1000瓦的激光輸出。 近期，

6、隨著光纖通訊系統的廣泛應用和開展，超快速光電子學、非線性光學、光傳感等各種領域應用的研究已得到日益重視。其中，以光纖作基質的光纖激光器，在降低閾值、振蕩波長范圍、波長可調諧性能等方面，已明顯取得進步，是目前光通信領域的新興技術，它可以用于現有的通信系統，使之支持更高的傳輸速度，是未來高碼率密集波分復用系統和未來相干光通信的根底。目前光纖激光器技術是研究的熱點技術之一。 光纖激光器由于其具有絕對理想的光束質量、超高的轉換效率、完全免維護、高穩定性以及體積小等優點，對傳統的激光行業產生巨大而積極的影響。最新市場調查顯示：光纖激光器供給商將爭奪固體激光器及其他激光器在假設干關鍵應用領域的市場份額，而

7、這些市場份額在未來幾年將穩步看漲。到2021年，光纖激光器將至少占領工業激光器28億美元市場份額的四分之一。光纖激光器的銷售量將以年增幅愈35%的速度攀升，從2005年的1.4億美元增至2021年的6.8億美元。而同期，工業激光器市場每年增幅僅9%，2021年到達28億美元。光纖激光器作為第三代激光技術的代表，具有以下優勢： 1玻璃光纖制造本錢低、技術成熟及其光纖的可饒性所帶來的小型化、集約化優勢； 2玻璃光纖對入射泵浦光不需要像晶體那樣的嚴格的相位匹配，這是由于玻璃基質Stark 分裂引起的非均勻展寬造成吸收帶較寬的緣故； 3玻璃材料具有極低的體積面積比，散熱快、損耗低，所以轉換效率較高，激

8、光閾值低； 4輸出激光波長多：這是因為稀土離子能級非常豐富及其稀土離子種類之多； 5可調諧性：由于稀土離子能級寬和玻璃光纖的熒光譜較寬； 6由于光纖激光器的諧振腔內無光學鏡片，具有免調節、免維護、高穩定性的優點，這是傳統激光器無法比較的； 7光纖導出，使得激光器能輕易勝任各種多維任意空間加工應用，使機械系統的設計變得非常簡單；8勝任惡劣的工作環境，對灰塵、震蕩、沖擊、濕度、溫度具有很高的容忍度； 9不需熱電制冷和水冷，只需簡單的風冷； 10高的電光效率：綜合電光效率高達20%以上，大幅度節約工作時的耗電，節約運行本錢； 11高功率,目前商用化的光纖激光器是六千瓦。文檔收集自網絡，僅用于個人學習

9、 光纖激光器的應用：1脈沖光纖激光器以其優良的光束質量，可靠性，最長的免維護時間，最高的整體電光轉換效率，脈沖重復頻率，最小的體積，無須水冷的最簡單、最靈活的使用方式，最低的運行費用使其成為在高速、高精度激光標刻方面的唯一選擇。 一套光纖激光打標系統可以由一個或兩個功率為25W的光纖激光器，一個或兩個用來導光到工件上的掃描頭以及一臺控制掃描頭的工業電腦組成。這種設計比用一個50W激光器分束到兩個掃描頭上的方式高出達4倍以上的效率。該系統最大打標范圍是175mm*295mm，光斑大小是35um，在全標刻范圍內絕對定位精度是+/-100um。100um工作距離時的聚焦光斑可小到15um。 2光纖激

10、光器的材料處理是基于材料吸收激光能量的部位被加熱的熱處理過程。1um左右波長的激光光能很容易被金屬、塑料及陶瓷材料吸收。 3光纖激光成型或折曲是一種用于改變金屬板或硬陶瓷曲率的技術。集中加熱和快速自冷切導致在激光加熱區域的可塑性變形，永久性改變目標工件的曲率。研究發現用激光處理的微彎曲遠比其他方式具有更高的精密度，同時，這在微電子制造是一個很理想的方法。 4隨著光纖激光器的功率不斷攀升，光纖激光器在工業切割方面得以被規模化應用。比方：用快速斬波的連續光纖激光器微切割不銹鋼動脈管。由于它的高光束質量，光纖激光器可以獲得非常小的聚焦直徑和由此帶來的小切縫寬度正在刷新醫療器件工業的標準。 資料個人收

11、集整理，勿做商業用途由于其波段涵蓋了1.3m和1.5m兩個主要通信窗口，因此光纖激光器在光通信領域擁有不可替代的地位，大功率雙包層光纖激光器的研制成功使其在激光加工領域的市場需求也呈迅速擴展的趨勢。光纖激光器在激光加工領域的范圍和所需性能具體如下：軟焊和燒結：50500W；聚合物和復合材料切割：200W1kW；去激活：300W1kW；快速印刷和打印：20W1kW；金屬淬火和涂敷：220kW；玻璃和硅切割：500 W2kW。此外，隨著紫外光纖光柵寫入和包層泵浦技術的開展，輸出波段在紫光、藍光、綠光、紅光及近紅外光的波長上轉換光纖激光器已可以作為實用的全固化光源而廣泛應用于數據存儲，彩色顯示，醫學熒光診斷。遠紅