稀土元素掺杂光纤激光器原理与应用

稀土元素掺杂光纤激光器原理与应用

稀土元素掺杂光纤激光器

StockerYale INC. 创于1946年，主要从事各类视觉光源的应用，同时也生产各类特种光纤以及全息相位掩模板，在国际相关领域有非常高的知名度。在光纤激光器方面Stockeryale 有全套的特种光纤，并在光纤的涂敷，双包层光纤的熔接上都有完整的技术。如图所示为StockerYale 专为光纤激光器生产的双包层光敏光纤。

目前光纤激光器在国内的市场也逐渐打开，尤其1060nm波段的应用比较广泛，而国内能做成型的光纤激光器光栅对产品的还没有，所以如果在国内开发光栅对，再结合Stockeryale 的涂敷技术，会有比较好的市场前景。

光纤激光器原理

对掺杂光纤作为增益介质的光纤激光器的研究始于20世纪60年代，而直到80年代后期，随着光纤制造工艺与半导体激光器生产技术的日趋成熟，以及光通讯技术的迅猛发展，大功率光纤激光器领域的研究才取得实质性突破。由于光纤激光器以灵巧的半导体激光二极管作为泵源,以柔软的光纤作为波导和增益介质,同时可采用光纤光栅,耦合器等光纤元件,因此无需光路机械调整,结构紧凑,便于集成，其特有的全光纤结构使器件的抗电磁干扰性强，温度膨胀系数小，在频域上应用WDM及光纤传感技术可实现多波长可调谐输出，在时域上结合激光锁模技术可产生几乎没有啁啾的皮秒级超短变换极限光脉冲。与固体激光器和半导体激光器相比，光纤激光器具有无可比拟的优点。目前光纤激光器作为光源在光通信领域已得到广泛应用，而随着大功率双保层光纤激光器的出现，其应用正向着激光加工、图像显示和生物医疗等更广阔的领域迅速扩展。本文以下内容概述了光纤激光器的基本结构、特点、应用及其发展前景。

光纤激光器主要由泵源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。泵源由一个或多个大功率激光二极管构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介质的掺稀土元素光纤，泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。

双包层光敏光纤

特点：

光纤纤芯具有光敏性；

具有双包层结构；

外包层为低折射率的聚合物；

有优异的耐高温特性；

低背景噪声；

主要与StockerYale 的YDC-1100-8/230掺镱光纤配合制作光纤激光器。

光纤激光器原理

中国电子科技集团公司第三十四研究所

光纤激光器利用掺杂稀土元素的光纤研制成的光纤放大器给光波技术领域带来了革命性的变化。由于任何光放大器都可通过恰当的反馈机制形成激光器，因此光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发。目前开发研制的光纤激光器主要采用掺稀土元素的光纤作为增益介质。由于光纤激光器中光纤纤芯很细，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”。因此，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡。另外由于光纤基质具有很宽的荧光谱，因此，光纤激光器一般都可做成可调谐的，非常适合于WDM系统应用。

和半导体激光器相比，光纤激光器的优越性主要体现在：光纤激光器是波导式结构，可容强泵浦，具有高增益、转换效率高、阈值低、输出光束质量好、线宽窄、结构简单、可靠性高等特性，易于实现和光纤的耦合。

我们可以从不同的角度对光纤激光器进行分类，如根据光纤激光器的谐振腔采用的结构可以将其分为Fabry-Perot腔和环行腔两大类。也可根据输出波长数目将其分为单波长和多波长等。对于不同类型光纤激光器的特性主要应考虑以下几点：（1）阈值应越低越好；（2）输出功率与抽运光功率的线性要好；（3）输出偏振态；（4）模式结构；（5）能量转换效率；（6）激光器工作波长等。

Erbium-doped Fiber Amplifier （EDFA）掺铒光纤放大器制作光纤时,采用特殊工艺,在光纤芯层沉积中掺入极小浓度的铒离子,制作出相应的掺铒光纤。光纤中掺杂离子在受到泵浦光激励后跃迁到亚稳定的高激发态,在信号光诱导下,产生受激辐射,形成对信号光的相干放大。EDFA工作在1550窗口。已商用的EDFA噪声低,增益曲线好,放大器带宽大,与波分复用(WDM)系统兼容,泵浦效率高,工作性能稳定,技术成熟,在现代长途高速光通信系统中备受青睐。