认识光纤激光器PPT演示课件
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《光纤激光器》课件
光纤激光器市场规模持续增长 应用领域不断扩展，如医疗、通信、军事等 技术不断进步，如高功率、高亮度、高稳定性等 市场竞争加剧，国内外企业竞争激烈
工业制造：广泛应用于切割、焊接、打标等领域 医疗领域：用于手术、诊断、治疗等 科研领域：用于科学研究、实验等 通信领域：用于光纤通信、光传输等 军事领域：用于激光武器、激光制导等 环保领域：用于污染治理、资源回收等
频率调制是指通过改变激光 器的频率来改变其输出功率
光纤激光器的调制特性包括频 率调制、相位调制和强度调制
相位调制是指通过改变激光 器的相位来改变其输出功率
强度调制是指通过改变激光 器的强度来改变其输出功率
光纤激光器具有较高的抗电磁 干扰能力
光纤激光器对环境温度和湿度 的变化不敏感
光纤激光器可以工作在恶劣的 环境中，如高温、高压、高湿 度等
特点：高效、稳定、长寿命
作用：产生激光
组成：由两个反射 镜和一个增益介质 组成
工作原理：通过反 射镜的反射和增益 介质的放大，形成 稳定的激光输出
特点：具有高稳定 性和高效率
光纤：传输激光信号 激光器：产生激光信号
光束整形器：调整激光束的形状和方向
光束传输系统：将激光信号传输到目标 位置
控制系统：控制激光器的输出功率和频 率
激光制导武器：利 用光纤激光器进行 精确制导，提高打 击精度
激光通信：利用光 纤激光器进行远距 离、高速率的通信 传输
激光雷达：利用光 纤激光器进行目标 探测和跟踪，提高 探测精度和距离
激光武器：利用光 纤激光器进行高能 激光武器研发，提 高武器威力和射程
激光手术：用于眼 科、皮肤科、耳鼻 喉科等手术
PART THREE
材料：稀土离子掺杂光纤
激光器认知PPT课件
主材料：晶体或玻璃
晶体：1)金属氧化物 Al2O3，氧化钇Y2O3，钇铝石榴石Y3Al5O12 （YAG）。2)铝酸盐、磷酸盐、硅酸盐等晶体：铝酸钇YALO3(YAP)、氟磷酸 钙Ca(PO4)3F等。3) 氟化物晶体：氟化钙CaF2、氟化钡BaF
玻璃：硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐玻璃
（有高的机械强度、高的导热特性）
Er3+-YAG激光器的泵浦效率较低
激光波长2.94um为人体组织的吸收波长， 在激光外科及血管外科上有较大应用前景，
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22
3、钕玻璃激光器
钕玻璃是把Nd2O3掺入到光学玻璃中（硅酸盐、磷酸盐等）制成的。 Nd2O3的参入浓度为1-5%(重量) 钕玻璃的吸收光谱与YAG相似，但吸收带较宽
图5.6
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20
Nd-YAG激光器的特性
1. 连续或脉冲工作方式 2. 脉冲频率：10-100Hz 3. 连续功率输出：10-100w 4. 脉冲输出功率：50mJ—10J 5. 波长: 1.06um，采用非线性晶体倍频，可实现
二倍频：532nm 三倍频：355nm 四倍频：266nm
激光材料：Al2O3 +0.01%…0.5% Cr3+
2E能级分解成二个能级：2A、E，△E=29cm-1 辐射波长：694.3nm和692.9nm
2A和E能级上的粒子数由波尔兹曼分布确定
三能级系统
N2 (2 A) / N2 (E ) 0.87
激光振荡时只有694.3nm的激光输出
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870nm，带宽约30nm 其中750nm、805nm吸收最强
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图5.5
四能级系统
光纤激光器.ppt
这种“任意形状”的光纤激光器有望实现更高的激 光功率输出。
3.光纤激光器的泵浦结构
4.光纤激光器和其它激光器比较
和二氧化碳激光器比较 • 有更高峰值功率的脉冲激光，可以加工的材料种类更多； • 使用方便，采用光纤传输可以有更大的扫描范围； • 能量转换效率高，光纤激光器的电光转换效率为25％，而二氧化碳
光纤激光器
• 光纤激光器的发展历程 • 光纤激光器的基本原理 • 光纤激光器与其它激光器比较 • 几种实用的光纤激光器及其应用
1.光纤激光器的发展历程
2.光纤激光器的基本原理
• 工作物质：掺杂光纤； • 谐振腔：光纤环与两个反射镜组成； • 泵浦源：一般采用半导体激光器泵浦。
2.1 双包层稀土掺杂光纤
• redPOWERTM 紧凑激 光模块 (2W-10W)
• 最大输出可达10W， 波长1μm
5.2 大功率双掺杂光纤激光器 2
• IPG公司的大功率光纤 激光器YLR-SM Series
• 100W to 1.5kW output Optical Power
• 1060 to 1080nm Wavelength Range
5.8 高速短脉冲光纤激光器
美国Calmar公司10G皮 秒光纤激光器 PSL-10XX
• 波 长 范 围 ： 1530-1565 nm可调或范围内固定
• 重复频率：5-11G可调或 10G固定，脉宽：1-10ps 可调或范围内固定，平 均输出功率：>20mW
• 高速短脉冲光源对于光 时分复用系统，光学取 样技术等有重要的意义，
DBR型窄线宽光纤激光器
5.6 窄线宽光纤激光器 1
• NP Photonics 公司的窄 线宽光纤激光器
• Very narrow linewidth (long coherent length) <3 kHz
3.光纤激光器的泵浦结构
4.光纤激光器和其它激光器比较
和二氧化碳激光器比较 • 有更高峰值功率的脉冲激光，可以加工的材料种类更多； • 使用方便，采用光纤传输可以有更大的扫描范围； • 能量转换效率高，光纤激光器的电光转换效率为25％，而二氧化碳
光纤激光器
• 光纤激光器的发展历程 • 光纤激光器的基本原理 • 光纤激光器与其它激光器比较 • 几种实用的光纤激光器及其应用
1.光纤激光器的发展历程
2.光纤激光器的基本原理
• 工作物质：掺杂光纤； • 谐振腔：光纤环与两个反射镜组成； • 泵浦源：一般采用半导体激光器泵浦。
2.1 双包层稀土掺杂光纤
• redPOWERTM 紧凑激 光模块 (2W-10W)
• 最大输出可达10W， 波长1μm
5.2 大功率双掺杂光纤激光器 2
• IPG公司的大功率光纤 激光器YLR-SM Series
• 100W to 1.5kW output Optical Power
• 1060 to 1080nm Wavelength Range
5.8 高速短脉冲光纤激光器
美国Calmar公司10G皮 秒光纤激光器 PSL-10XX
• 波 长 范 围 ： 1530-1565 nm可调或范围内固定
• 重复频率：5-11G可调或 10G固定，脉宽：1-10ps 可调或范围内固定，平 均输出功率：>20mW
• 高速短脉冲光源对于光 时分复用系统，光学取 样技术等有重要的意义，
DBR型窄线宽光纤激光器
5.6 窄线宽光纤激光器 1
• NP Photonics 公司的窄 线宽光纤激光器
• Very narrow linewidth (long coherent length) <3 kHz
光纤激光器ppt
Resonant Fiber Laser光纤激光器BY 12046210目录概述原理特性光纤激光器优势光纤激光器关键技术总结光纤激光器概述自从光纤激光器问世后，高功率光纤激光器成为激光领域最为活跃的研究方向之一。
随着新型泵浦技术的采用和大功率半导体激光器制造工业的进一步发展成熟，光纤激光器得到了飞速发展。
光纤激光器应用范围非常广泛，包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接（铜焊、淬水、包层以及深度焊接）、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设，作为其他激光器的泵浦源等等。
从原理上来讲光纤激光器和传统的固体、气体激光器一样，光纤激光器也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本要素组成。
泵浦源一般采用高功率半导体激光器，增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔。
泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发发射。
所产生的自发发射光经受激放大和谐振腔的选模作用后，最终形成稳定激光输出。
以稀土掺杂光纤激光器为例，掺有稀土离子的光纤芯作为增益介质，掺杂光纤固定在两个反射镜间构成谐振腔，泵浦光从M1入射到光纤中，从M2输出激光。
当泵浦光通过光纤时，光纤中的稀土离子吸收泵浦光，其电子被激励到较高的激发能级上，实现了离子数反转。
反转后的粒子以辐射形成从高能级转移到基态，输出激光。
光纤激光器作为第三代激光技术的代表，具备很多优势（1）玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化优势；（2）玻璃光纤对入射泵浦光不需要像晶体那样的严格的相位匹配，这是由于玻璃基质Stark 分裂引起的非均匀展宽造成吸收带较宽的缘故；（3）玻璃材料具有极低的体积面积比，散热快、损耗低，所以转换效率较高，激光阈值低；（4）输出激光波长多：这是因为稀土离子能级非常丰富及其稀土离子种类之多；（5）可调谐性：由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽。
认识光纤激光器
04
光纤激光器优缺点及挑战
优点分析
高效率
01
光纤激光器具有高效率的能量转换，能够将大 部分输入电能转换为激光输出，降低了能源浪
费。
结构紧凑
03
光纤激光器采用光纤作为增益介质，使得整个 激光器的结构非常紧凑，方便集成和应用于各
种场合。
光束质量好
02
输出激光光束质量高，具有较小的发散角和较 高的亮度，使得光纤激光器在精密加工和远距
1 2
3
泵浦源类型
主要包括半导体激光器和光纤耦合激光器等，不同类型的泵 浦源具有不同的输出特性和适用范围。
泵浦方式
分为端面泵浦和侧面泵浦两种方式，端面泵浦效率高、光束 质量好，但热效应显著；侧面泵浦散热效果好、功率可扩展 ，但光束质量相对较差。
泵浦波长
泵浦源的波长需要与增益光纤的吸收峰相匹配，以实现高效 的能量转换。
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认识光纤激光器
目录
• 光纤激光器基本概念与原理 • 光纤激光器关键技术与参数 • 光纤激光器应用领域与市场现状 • 光纤激光器优缺点及挑战 • 光纤激光器未来发展趋势与前景
01
光纤激光器基本概念与原理
光纤激光器定义及发展历程
光纤激光器定义
光纤激光器是一种利用掺杂稀土元素的光纤作为增益介质， 通过泵浦光的作用实现粒子数反转，进而产生激光输出的光 学器件。
表面处理
光纤激光器可用于金属、 非金属材料的表面处理， 如打标、雕刻、清洗等。
通讯传输领域应用
光纤通信
光纤激光器是光纤通信系统中的 关键器件，用于产生和放大光信 号，实现长距离、大容量的信息 传输。
激光雷达
光纤激光器可用于激光雷达的发 射光源，实现高精度、远距离的 测量和探测。
光纤激光器讲义课件
3）激光焊接过程中的几种效应
五、激光焊的优点
图7-21 深熔焊小孔示意图
5
7.3 激光打孔
一、激光打孔原理
激光打孔机的基本结构包括激光器、加工头、冷却系统、数控装置和操作面盘 （图7-13）。
图7-13 激光打孔机的基本结构示意图
二、激光打孔工艺参数的影响
※ 脉冲宽度对打孔的影响 ：脉冲宽度对打孔深度、孔径、孔形的影响较大。窄 脉冲能够得到较深而且较大的孔；宽脉冲不仅使孔深度、孔径变小，而且使孔的 表面粗糙度变大，尺寸精度下降。
7.1 激光加工的一般原理
2）材料的反射、吸收和导热性
※激光正入射，在光点中央的温度上升值ΔT与被吸收的光功率、导热系
数之间的关系
T
P
' 0
K
2.激光加工举例 1）激光焊接 2）激光打孔 3）激光切割
1
7.2 激光焊接
一、激光焊接是一种材料连接，主要是金属材料之间连接的技术。 其优点：
1）用激光很容易对一些普通焊接技术难以加工的如脆性大、硬度高或柔软性强 的材料实施焊接。 2）在激光焊接过程中无机械接触,易保证焊接部位不因热压缩而发生变形 3）激光束易于控制的特点使得焊接工作能够更方便的实现自动化和智能化。
四、激光深熔焊
1）激光深熔焊的原理 当激光功率密度达到106—107W／cm2时，功率输入远大于热传导、对流及辐射 散热的速率，材料表面发生汽化而形成小孔（图7-21），孔内金属蒸汽压力与四 周液体的静力和表面张力形成动态平衡，激光可以通过孔中直射到孔底。
2）激光深熔焊工艺参数 ※ 临界功率密度：深熔焊时，功率密度必须大于某 一数值，才能引起小孔效应。这一数值，称为临界 功率密度 ※ 激光深熔焊的熔深 ：激光深熔焊熔深与激光输出 功率密度密切相关，也是功率和光斑直径的函数。
五、激光焊的优点
图7-21 深熔焊小孔示意图
5
7.3 激光打孔
一、激光打孔原理
激光打孔机的基本结构包括激光器、加工头、冷却系统、数控装置和操作面盘 （图7-13）。
图7-13 激光打孔机的基本结构示意图
二、激光打孔工艺参数的影响
※ 脉冲宽度对打孔的影响 ：脉冲宽度对打孔深度、孔径、孔形的影响较大。窄 脉冲能够得到较深而且较大的孔；宽脉冲不仅使孔深度、孔径变小，而且使孔的 表面粗糙度变大，尺寸精度下降。
7.1 激光加工的一般原理
2）材料的反射、吸收和导热性
※激光正入射，在光点中央的温度上升值ΔT与被吸收的光功率、导热系
数之间的关系
T
P
' 0
K
2.激光加工举例 1）激光焊接 2）激光打孔 3）激光切割
1
7.2 激光焊接
一、激光焊接是一种材料连接，主要是金属材料之间连接的技术。 其优点：
1）用激光很容易对一些普通焊接技术难以加工的如脆性大、硬度高或柔软性强 的材料实施焊接。 2）在激光焊接过程中无机械接触,易保证焊接部位不因热压缩而发生变形 3）激光束易于控制的特点使得焊接工作能够更方便的实现自动化和智能化。
四、激光深熔焊
1）激光深熔焊的原理 当激光功率密度达到106—107W／cm2时，功率输入远大于热传导、对流及辐射 散热的速率，材料表面发生汽化而形成小孔（图7-21），孔内金属蒸汽压力与四 周液体的静力和表面张力形成动态平衡，激光可以通过孔中直射到孔底。
2）激光深熔焊工艺参数 ※ 临界功率密度：深熔焊时，功率密度必须大于某 一数值，才能引起小孔效应。这一数值，称为临界 功率密度 ※ 激光深熔焊的熔深 ：激光深熔焊熔深与激光输出 功率密度密切相关，也是功率和光斑直径的函数。
第六章第七节光纤激光器
output
FBG IMG
图 3.5
性能指标： 输出功率：>1mW 功率稳定性优于3％ >18dB 输出线宽：<0.01nm 波长稳定性：1.610-5 偏振性能：消光比 斜率效率：>10%
2、 多波长Er3＋光纤光栅激光器
光纤光栅提供反馈和波长选择的多波长光纤光栅激光器； 滤波机制的多波长光纤光栅激光器； 锁模机制的多波长光纤光栅激光器； 非线性效应的多波长光纤光栅激光器。
● ●
南开大学对高功率光纤激光器进行了研究。
激光器的结构：如图3-14 所示。
350m
Coupler
LDs
D-shaped double clad fiber Dichroic mirror (HT(976nm)，HR(1064nm))
400m
Output
图3.14 实验装置示意图 光纤：选用了内包层形状为D形的掺Yb3+双包层 光纤，几何尺寸为400µ m×340µ m，数值孔径 0.38。掺杂浓度0.65mol%（Yb2O3）。光纤长度 20米。
美 国 朗 讯 公 司 S.Kosinki 和 D.Inniss 在 ‘ 98 CLEO会议上报导，用一种内包层为星形的双 包层单模Yb3+光纤激光器得到20W的激光输出 加州圣何塞光谱二极管实验室工程师 V.Dominic等人在‘99年CLEO会议上报道在一 个掺Yb3+的双包层光纤激光器上，实现了连续 输出功率大于110W的单模输出。其光——光 转换效率为58.3%。实验装置如图所示：
三、双包层光纤的研究进展 俄罗斯普物所研制的内包层为方形的掺Yb双包层
光纤。
美国宝丽来公司研制的内包层为矩形的掺Yb双包 层光纤。 美国朗讯公司研制的内包层为星形的掺Yb双包层 光纤。 德国研制的内包层为D形的掺Yb和Nd双包层光纤， 中国武汉邮电科学研究院研制了掺Yb双包层光纤。 中国天津46所和南开大学合作研制成功掺Yb双包层 光纤。
认识光纤激光器
谐振腔
谐振腔是光纤激光器中的另一个重要组成部分，它由两个 反射镜或一个反射镜和一个散射腔镜组成，用于形成光的 振荡路径。在谐振腔的作用下，光子在增益介质中不断反 射和放大，最终形成稳定的激光输出。
谐振腔的设计对于光纤激光器的性能至关重要，它决定了 激光的波长、模式和功率等参数。为了获得高质量的激光 输出，需要精确控制谐振腔的长度和反射镜的反射率。
聚焦性能好
光纤激光器的光束质量较好，能够实 现较小的聚焦直径和较高的焦斑能量 密度，有利于提高加工精度和加工效 率。
结构紧凑
体积小
光纤激光器的结构紧凑，体积较小， 能够节省空间，方便集成到各种加工 设备中。
重量轻
光纤激光器的重量较轻，能够降低设 备的整体重量，方便设备的移动和维 护。
易于维护
模块化设计
总结词
随着工业加工和国防科技的发展，高功率光纤激光器在军事、工业、医疗等领域的应用越来越广泛。
详细描述
高功率光纤激光器能够输出更高的激光能量，具有更高的光束质量和更长的使用寿命，是未来激光技术的重要发 展方向之一。
超快光纤激光器
总结词
超快光纤激光器以其独特的脉冲宽度和高峰 值功率，在科学研究、工业生产和医疗领域 具有广泛的应用前景。
输出光
输出光是光纤激光器产生的激光，其波长、功率和模式等参数取决于谐振腔的设计和增益介质的性质 。光纤激光器的输出光通常具有高亮度、高纯度、低发散角等特点，使其在各种领域具有广泛的应用 前景。
为了获得稳定的激光输出，需要对光纤激光器进行精细的调节和控制。这包括对泵浦光和增益介质的 控制、对谐振腔的调整以及对输出光的监测和反馈控制等。
03
光纤激光器的特点与优势
高效稳定
高效
光纤激光器 新PPT34页
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
光纤激光器 新
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
谢谢！
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
光纤激光器 新
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
光纤激光器简介 PPT课件
在工业领域，可用于激光打标、激光焊接、激光切割等。
谢谢！
光纤激光器的特点
1.光束质量好，具有非常好的单色性、方向性和稳定性。 2.成本低。硅光纤的工艺现在已经非常成熟，并使用相对廉价的半导 体激光二极管作为泵浦源，降低了成本。 3.转换效率高。光纤既是激光增益介质又是光的导波介质，因此泵浦 光的耦合效率非常高；纤芯直径小，纤内易形成高功率密度，加上光纤 激光器能方便地延长增益长度，使泵浦光充分吸收，转换效率较高。 4.输出波长多，调谐方便。作为激光介质的掺杂光纤，稀土离子拥有 极为丰富的能级结构，能级跃迁覆盖了从紫外到红外很宽的波段，可实 现激光振荡的跃迁能级很多。由于稀土离子能级宽加上玻璃光纤的荧光 谱相当宽，插入适当的波长选择器即可得到可调谐光纤激光器，调谐范 围宽。
5.温度稳定性好。基质材料是SiO2，具有极好的温度稳定性；而且光 纤结构具有较高的面积－体积比，所以其散热效果很好。
6.结构简单，小型化。由于光纤激光器的圆柱形几何尺寸，容易耦合 到系统中，采用光纤光栅、耦合器等光纤元件极大地简化了激光器的设 计和制作，加上光纤极好的柔韧性，可设计得小巧灵活。
7.谐振腔内无光学镜片，腔镜可直接制作在光纤截面上，或采用光纤 耦合器方式构成谐振腔，具有免调节、免维护、高稳定性的优点。
光纤激光器的分类
分类依据
光纤激光器
谐振腔的结 F-P腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及“8”字形
构
腔DBR光纤激光器、DFB光纤激光器
光纤结构
单包层光纤激光器、双包层光纤激光器
增益介质 工作机制
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、塑料光纤激光器
上转换光纤激光器、下转换光纤激光器
掺杂元素 输出波长 输出激光
谢谢！
光纤激光器的特点
1.光束质量好，具有非常好的单色性、方向性和稳定性。 2.成本低。硅光纤的工艺现在已经非常成熟，并使用相对廉价的半导 体激光二极管作为泵浦源，降低了成本。 3.转换效率高。光纤既是激光增益介质又是光的导波介质，因此泵浦 光的耦合效率非常高；纤芯直径小，纤内易形成高功率密度，加上光纤 激光器能方便地延长增益长度，使泵浦光充分吸收，转换效率较高。 4.输出波长多，调谐方便。作为激光介质的掺杂光纤，稀土离子拥有 极为丰富的能级结构，能级跃迁覆盖了从紫外到红外很宽的波段，可实 现激光振荡的跃迁能级很多。由于稀土离子能级宽加上玻璃光纤的荧光 谱相当宽，插入适当的波长选择器即可得到可调谐光纤激光器，调谐范 围宽。
5.温度稳定性好。基质材料是SiO2，具有极好的温度稳定性；而且光 纤结构具有较高的面积－体积比，所以其散热效果很好。
6.结构简单，小型化。由于光纤激光器的圆柱形几何尺寸，容易耦合 到系统中，采用光纤光栅、耦合器等光纤元件极大地简化了激光器的设 计和制作，加上光纤极好的柔韧性，可设计得小巧灵活。
7.谐振腔内无光学镜片，腔镜可直接制作在光纤截面上，或采用光纤 耦合器方式构成谐振腔，具有免调节、免维护、高稳定性的优点。
光纤激光器的分类
分类依据
光纤激光器
谐振腔的结 F-P腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及“8”字形
构
腔DBR光纤激光器、DFB光纤激光器
光纤结构
单包层光纤激光器、双包层光纤激光器
增益介质 工作机制
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、塑料光纤激光器
上转换光纤激光器、下转换光纤激光器
掺杂元素 输出波长 输出激光
认识光纤激光器演示文稿
隔离器
耦合器 激光输出
环形谐振腔光纤激光器
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其他腔型结构
光纤圈反射器（光纤环形镜）包含一个 定向耦合器和由该耦合器两输出端口连
接在一起形成的一个光纤圈。
工作原理：耦合器耦合系数为0.5，光波 从端口1进入耦合器，耦合器将一半的 功率耦合到端口3，另一半耦合到端 口4，即在光纤圈顺时针方向和逆时针 方向传播的输入光各一半。跨过耦合器 的光波比直通的光波相位滞后π/2。在端 口2处的透射功率是任意相位φ的顺时 针场和相位为φ-π的逆时针场的叠加 ，正好相互抵消，透射输出为零，所 有输入光沿端口1返回。
为泵浦源。内包层的形状对纤芯吸收泵浦光的比率有很大的影响，圆形内包层与纤芯的同心结构减 少了螺旋光的吸收比率，因此改变这种通信结构可提高泵浦光吸收率。
现在是11页\一共有30页\编辑于星期日
不同内包层对泵浦光吸收效果比较
泵浦耦合技术
泵浦耦合技术是获得高功率光纤激光器的核心技术之一，其目的是要把几十瓦 甚至数百瓦的LD泵浦光功率耦合入直径只有数百微米的双包层光纤内包层，以获得高的 泵浦功率。
现在是20页\一共有30页\编辑于星期日
调Q技术
调Q技术就是通过某种方法使腔的Q值随时间按 一定程序变化的技术。在泵浦开始时使腔处 在低Q 值状态，即提高振荡阈值，使振荡不能生
成，上能级的反转粒子数就可以大量积累，当积 累到最大值（饱和值）时，突然使腔的损耗减小 ，Q值突增，激光振荡迅速 建立起来，在极短 的时间内上能级的反转粒子数被消耗，转变为 腔内的光能量，在腔的输出端以单一脉冲形式 将能量释放出来，于是就获得峰值功率很高的 巨脉冲激光输出。
现在是16页\一共有30页\编辑于星期日
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受激辐射示意图
激光器必须具备可以产生受激辐射的物理条件， 在一般的激光器中，这些条件是通过下面三部分 来实现的，也可以叫作构成激光器的三要素。 工作物质 激光器的核心，实现粒子数反转，产
生受激辐射放大。 泵浦源 为工作物质实现粒子数反转提供能量，
外包层：外包层由折射率比内包层小的软塑材料构成； 保护层：最外层由硬塑材料包围，构成光纤的保护层。
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双包层光纤和泵浦源
光纤激光器的泵浦源多是采用激光二极管（LD）。常规单包层光纤激光器因 需要将泵浦光耦合进入直径低于10um的单模纤芯，耦合效率低，限制了其输 出功率，因而发展缓慢。双包层光纤的出现解决了耦合效率低的问题。泵浦 光在多模内包层中传输，可以采用多模LD阵列作为泵浦源。内包层的形状对 纤芯吸收泵浦光的比率有很大的影响，圆形内包层与纤芯的同心结构减少了 螺旋光的吸收比率，因此改变这种通信结构可提高泵浦光吸收率。
激光加工：焊接，打孔，切割，热处理，快速成型 医学应用：外科手术，激光幅照，眼科手术，激光血照仪，
视光学测量 科学研究方面的应用：激光核聚变，重力场测量，激光光
谱，激光对生物组织的作用，激光制冷，激光诱导化学过 程 军事方面的应用：激光武器，激光雷达，激光制导技术
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激光的应用
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激光器的工作原理
光纤激光器因上述优势在通信、工业加工、军事、医疗和光信息 处理等领域得到了广泛的应用。
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光纤激光器主要内容
工作物质——掺杂光纤，双包层光纤 泵浦源——泵浦耦合技术 谐振腔结构——线形腔，环形腔 光纤激光器调Q和锁模
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工作物质——掺杂光纤
光纤中Er3+和Nd3+电子能级图
能级分裂
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各种泵浦耦合方式技术参数对比
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谐振腔
线型谐振腔光纤激光器
泵光
掺杂光纤
F-P谐振腔
DBR光纤激光器
激光输出
剩余泵光
泵浦光必须透过腔镜进入光纤，
高泵浦功率会损害腔镜的膜，限
制了泵浦功率。此外，腔镜的输
出谱线宽度与掺杂光纤的增益线
宽有差距，有必要进行改进。利
用光纤光栅（FBG1、FBG2）作
为反射镜，置于掺杂光纤的两端，
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Er 3+
Nd 3+
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掺杂光纤的光谱特性
掺钕光纤：
使用800nm、900nm、 530nm波长的
泵浦光源，将在900nm、1060nm 、
1350nm波长处得到激光，其中
1350nm波长正好对应于从亚稳态到更
高能级的吸收跃迁，实现激光输出比
较难。
掺铒光纤：
使用800nm、900nm、 1480nm、
可以增强模式选择。光纤光栅可
以是熔接到掺杂光纤上，也可以
透镜组端面泵浦耦合
优点：结构简单、易于实现 缺点：耦合占用了端面，无法 同其他光纤级联，降低了灵活 性；透镜组与光纤是分立的， 稳定性低不易集成
优点：结构简单紧凑、实现了 激光器的全光纤化 缺点：尾纤与光纤尺寸不同， 熔接对准困难，附加损耗大
端面直接熔接耦合
两种方法都只有两个端面用于 泵浦，限制了最大功率。
光
纤
内
芯
包
光层
泵
纤
浦 光
保 护
芯
保
激
激 光 输 出
护 层
泵 浦
外
光包
层
光 输 出
层
单包层与双包层掺杂光纤的结构
光纤芯：由掺稀土元素的SiO2构成，它作为激光振荡的通道，对 相关波长为单模；
内包层：内包层由横向尺寸和数值孔径比纤芯大的多、折射率 比纤芯小的纯SiO2构成，它是泵光通道，对泵光波长 是多模的；
维持粒子数反转，工作物质不同，泵 浦方式也不同。 谐振腔 为激光振荡的建立提供正反馈，其参数 影响激光的输出质量。
激光器的原理图
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光纤激光器简介
激光器按工作物质分类可分为：气体激光器、液体激光器、固体（晶 体和玻璃）激光器、半导体激光器和光纤激光器等。
光纤激光器是用光纤作为工作物质的激光器，目前研究与使用最 广泛的光纤激光器是用掺杂稀土元素的光纤作为工作物质的掺稀土光 纤激光器，它具有诸多优点。 （1）玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型 化、集约化优势 。 （2）散热快、损耗低，所以转换效率较高，激光阈值低。 （3）光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳 定性的优点。 （4）可获得宽带的可调谐激光输出。 （5）光纤激光器的某些波长适用于光纤通信的低损耗窗口。
认识光纤激光器
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激光的性质
方向性 光束发散角很小。
单色性 单一波长。
相干性 在不同的空间点上，在不同
的时刻的光波场的某些特性
的相关性。
亮度高
很高的功率密度。激光器的 输出功率并不一定很高，但
美国休斯公司实验室的梅曼 (Maiman)于1960年制作出了 第一台红宝石固体激光器
由于光束很细，脉冲很窄，所
Nd 530nm波长的泵浦光源，将在900nm、
1060nm、 1536nm波长处对应低损耗第三通信
窗口频率，因此掺铒光纤激光器发展
十分迅速。
其他的稀土元素掺杂技术也比较成熟，
有镨（Pr3+）、镱（Yb3+）、铥
（Tm3+）等，此外共掺技术也得到了
发展。
Er3+
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双包层光纤
不同内包层对泵浦光吸收效果比较
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泵浦耦合技术
泵浦耦合技术是获得高功率光纤激光器的核心技术之一，其目的是要 把几十瓦甚至数百瓦的LD泵浦光功率耦合入直径只有数百微米的双包层 光纤内包层，以获得高的泵浦功率。
泵浦耦合技术大体上可分为端面泵浦和侧面泵浦两种。 在端面泵浦方式中，有两类情况：透镜组耦合法，直接熔接法。
以功率密度非常大。太阳表面
的亮度比蜡烛大30万倍，比白
炽灯大几百倍。而普通的激光
器的输出亮度，比太阳表面的
亮度大10亿倍。
以上四种特性本质上可归结为一种特性，
即激光具有很高的光子简并度。
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激光的应用
信息技术方面的应用：光通讯，光存储，光放大，光计算， 光隔离器
检测技术方面的应用：测长，测距，测速，测角，测三维 形状
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泵浦耦合技术
侧面泵浦耦合技术：系统结构简单；泵浦光在光纤中分布更趋均 匀；不占用光纤两端，方便信号光输入输出；只需通过增加LD数 量便可提高输出功率。
1. 熔锥侧面泵浦耦合
2. V形槽侧面耦合
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泵浦耦合技术
3. 角度磨抛侧面耦合
4. 嵌入反射镜侧面耦合
其他泵浦方式： 平面波导盘状耦合
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泵浦耦合技术