光纤激光器(行业相关)
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光纤激光器的分类
按谐振腔结构分类：F-P 腔、环形腔、环路反射器光纤谐 振腔以及“8”字形腔DBR 光纤激光器、DFB 光纤激光器 按光纤结构分类：单包层光纤激光器、双包层光纤激光 器 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 按掺杂元素分类：掺铒（Er3+）、钕（Nd3+）、镨 （Pr3+）、铥（Tm3+）镱（Yb3+）、钬（Ho3+） 按输出波长分类：S-波段（1280~1350nm）、C-波段 （1528~1565nm）L-波段（1561~1620nm） 按输出激光分类：脉冲激光器、连续激光器
20世纪80年代后期，光纤光栅的问世和工艺的成熟，
为光纤激光器注入了新的生命力，实现了光纤激光器的全
光纤化。
1988年 , E. Snitzer等提出了双包层光纤 , 从而使一直被认为只能是小功率器件的光 纤激光器可以向高功率方向突破。 90年代初，包层泵浦技术的发展，使传 统的光纤激光器的功率水平提高了4－5 个数量级，可谓光纤激光器发展史上的又 一个里程碑。 进入 21世纪后 ,高功率双包层光纤激光器 的发展突飞猛进 ,最高输出功率记录在短 时间内接连被打破 ,目前单纤输出功率 (连续 )已达到 2000W 以上。
军事:美国空军实验室的科学家们正在努力将光纤激光器 的输出功率提高到千瓦数量级。定向能量瞄准项目中的 激光集成技术分项目的研究人员正与加州San Jose市的 SDL公司合作，开发高亮度、光照面积小的系统。该系 统能作为激光防御武器替代目前看好的化学激光器。 工业加工:激光波长在1080nm附近的掺镱光纤激光器，其 极高的效率和功率密度在材料加工方面可与传统的YAG 激光器相媲美。在打标领域，由于光纤激光器具有高的 光束质量和定位精度，使其不仅在微米量级对半导体及 包装打标效率极高，而且也常被用于塑料和金属打标中。 激光印刷:双包层光纤激光器，因其拥有极高的热稳定性 和转换效率而大量进入印刷市场，印刷厂利用它可进行 校样的制模。 医疗:功率超过几瓦的光纤激光器在显微外科手术中扮演 了十分重要的角色，它能为外科手术提供较大的高能辐 射源。
由于光纤激光器具有上述优点，它在通信、军事、工业 加工、医疗、光信息处理、全色显示、激光印刷等领域 具有广阔的应用前景。
通信:在光通信领域，采用布喇格光栅作为腔反 馈和模式选择的掺铒光纤激光器比较容易实现单 模、单频和低噪声，并被应用于光通信和光传感 系统中，特别是可应用于密集波分复用(DWDM) 通信和光孤子通信中。如外调制的掺铒光纤激光 器在1996年就能提供传输距离654km，速率为 2.5Gb/s的信号，与DBF半导体激光器性能类同， 但后者难以实现波长特定。刘颂豪院士认为，光 纤光孤子激光器、光纤放大器和光孤子开关是三 项使孤子通信走向实用化的主要技术。光孤子通 信传输距离可达百万公里，传输速率高达20Gb/s， 误码率低于10-13，实现了无差错通信。
光纤激光器的发展
1985年英国南安普敦大学的研究组取得突出成绩。 他们用 MCVD方法制作成功单模光纤激光器 ,此后他们先 后报道了光纤激光器的调Q、锁模、单纵模输出以及光纤 放大方面的研究工作。英国通信研究实验室(BTRL )于 1987年展示了用各种定向耦合器制作的精巧的光纤激光器 装置,同时在增益和激发态吸收等研究领域中也做了大量 的基础工作,在用氟化锆光纤激光器获得各种波长的激光 输出谱线方面做了开拓性的工作。世界上还有很多研究机 构活跃在这个研究领域 ,如德国汉堡技术大学 ,日本的 NTT、 三菱 ,美国的 贝尔实验室 ,斯坦福大学等。
光纤激光器
8.1 光纤激光器简介 8.2 光纤激光器的结构 8.3 光纤激光器的实验
光纤激光器的发展
1. 20世纪60年代初，美国光学公司的（斯尼泽） Snitzer首次提出光纤激光器的概念。
2. 70年代初美国、苏联等国的研究机关开展了一般 性研究工作。
3. 1975年至1985年，由于半导体激光器工艺和光纤 制造工艺的成熟和发展，光纤激光器开始腾飞。英国 的南安普敦大学和通信研究实验室、西德的汉堡大学、 日本的NTT、美国的斯坦福大学和Bell实验室，相继 开展了光纤激光器的研究工作，成果累累。
光纤激光器原理
激光器必须具备可以产生受激光发射的物理条件，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。
1. 产生粒子数反转
在通常的情况下，任何材料处于平衡态时部是低能态 电子数远大于高能态电子数，当外来光子将低能态电子激 发到高能态后，由于高能态的电子寿命很短，处于高能态 电了又很快回到低能态，这种向上和向下的跃迁几乎是同 时进行的。所以，为了获得粒子反转，就需要极大的激发 强度，能够一下子把低能态电子大部分激发到高能态上去。 具有这样大激发强度的光源是很难得到的，因而也限制了 激光器的使用；同时，很大的激发功率也可能损坏材料。
光纤激光器的优点
光纤激光器近几年受到广泛关注，这是因为它具有其它 激光器所无法比拟的优点，主要表现在: (1)光纤激光器中，光纤既是激光介质又是光的导波介质， 因此泵浦光的耦合效率相当的高，加之光纤激光器能方 便地延长增益长度，以便使泵浦光充分吸收，而使总的 光-光转换效率超过60%； (2)光纤的几何形状具有很大的表面积/体积比，散热快， 它的工作物质的热负荷相当小，能产生高亮度和高峰值 功率，己达140mW/cm； (3)光纤激光器的体积小，结构简单，工作物质为柔性介 质，可设计得相当小巧灵活，使用方便； (4)作为激光介质的掺杂光纤，掺杂稀土离子和承受掺杂 的基质具有相当多的可调参数和选择性，光纤激光器可 在很宽光谱范围内(455-3500nm)设计运行，加之玻璃光 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，调谐范围己达80nm；
(5)光纤激光器还容易实现单模,单频运转和超短脉冲；
(6)光纤激光器增益高，噪声小，光纤到光纤的耦合技术 非常成熟，连接损耗小且增益与偏振无关；
(7)光纤激光器的光束质量好，具有较好的单色性、方向 性和温度稳定性；
(8)光纤激光器所基于的硅光纤的工艺现在已经非常成熟， 因此，可以制作出高精度，低损耗的光纤，大大降低激 光器的成本。
光纤激光器的分类
按谐振腔结构分类：F-P 腔、环形腔、环路反射器光纤谐 振腔以及“8”字形腔DBR 光纤激光器、DFB 光纤激光器 按光纤结构分类：单包层光纤激光器、双包层光纤激光 器 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 按掺杂元素分类：掺铒（Er3+）、钕（Nd3+）、镨 （Pr3+）、铥（Tm3+）镱（Yb3+）、钬（Ho3+） 按输出波长分类：S-波段（1280~1350nm）、C-波段 （1528~1565nm）L-波段（1561~1620nm） 按输出激光分类：脉冲激光器、连续激光器
20世纪80年代后期，光纤光栅的问世和工艺的成熟，
为光纤激光器注入了新的生命力，实现了光纤激光器的全
光纤化。
1988年 , E. Snitzer等提出了双包层光纤 , 从而使一直被认为只能是小功率器件的光 纤激光器可以向高功率方向突破。 90年代初，包层泵浦技术的发展，使传 统的光纤激光器的功率水平提高了4－5 个数量级，可谓光纤激光器发展史上的又 一个里程碑。 进入 21世纪后 ,高功率双包层光纤激光器 的发展突飞猛进 ,最高输出功率记录在短 时间内接连被打破 ,目前单纤输出功率 (连续 )已达到 2000W 以上。
军事:美国空军实验室的科学家们正在努力将光纤激光器 的输出功率提高到千瓦数量级。定向能量瞄准项目中的 激光集成技术分项目的研究人员正与加州San Jose市的 SDL公司合作，开发高亮度、光照面积小的系统。该系 统能作为激光防御武器替代目前看好的化学激光器。 工业加工:激光波长在1080nm附近的掺镱光纤激光器，其 极高的效率和功率密度在材料加工方面可与传统的YAG 激光器相媲美。在打标领域，由于光纤激光器具有高的 光束质量和定位精度，使其不仅在微米量级对半导体及 包装打标效率极高，而且也常被用于塑料和金属打标中。 激光印刷:双包层光纤激光器，因其拥有极高的热稳定性 和转换效率而大量进入印刷市场，印刷厂利用它可进行 校样的制模。 医疗:功率超过几瓦的光纤激光器在显微外科手术中扮演 了十分重要的角色，它能为外科手术提供较大的高能辐 射源。
由于光纤激光器具有上述优点，它在通信、军事、工业 加工、医疗、光信息处理、全色显示、激光印刷等领域 具有广阔的应用前景。
通信:在光通信领域，采用布喇格光栅作为腔反 馈和模式选择的掺铒光纤激光器比较容易实现单 模、单频和低噪声，并被应用于光通信和光传感 系统中，特别是可应用于密集波分复用(DWDM) 通信和光孤子通信中。如外调制的掺铒光纤激光 器在1996年就能提供传输距离654km，速率为 2.5Gb/s的信号，与DBF半导体激光器性能类同， 但后者难以实现波长特定。刘颂豪院士认为，光 纤光孤子激光器、光纤放大器和光孤子开关是三 项使孤子通信走向实用化的主要技术。光孤子通 信传输距离可达百万公里，传输速率高达20Gb/s， 误码率低于10-13，实现了无差错通信。
光纤激光器的发展
1985年英国南安普敦大学的研究组取得突出成绩。 他们用 MCVD方法制作成功单模光纤激光器 ,此后他们先 后报道了光纤激光器的调Q、锁模、单纵模输出以及光纤 放大方面的研究工作。英国通信研究实验室(BTRL )于 1987年展示了用各种定向耦合器制作的精巧的光纤激光器 装置,同时在增益和激发态吸收等研究领域中也做了大量 的基础工作,在用氟化锆光纤激光器获得各种波长的激光 输出谱线方面做了开拓性的工作。世界上还有很多研究机 构活跃在这个研究领域 ,如德国汉堡技术大学 ,日本的 NTT、 三菱 ,美国的 贝尔实验室 ,斯坦福大学等。
光纤激光器
8.1 光纤激光器简介 8.2 光纤激光器的结构 8.3 光纤激光器的实验
光纤激光器的发展
1. 20世纪60年代初，美国光学公司的（斯尼泽） Snitzer首次提出光纤激光器的概念。
2. 70年代初美国、苏联等国的研究机关开展了一般 性研究工作。
3. 1975年至1985年，由于半导体激光器工艺和光纤 制造工艺的成熟和发展，光纤激光器开始腾飞。英国 的南安普敦大学和通信研究实验室、西德的汉堡大学、 日本的NTT、美国的斯坦福大学和Bell实验室，相继 开展了光纤激光器的研究工作，成果累累。
光纤激光器原理
激光器必须具备可以产生受激光发射的物理条件，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。
1. 产生粒子数反转
在通常的情况下，任何材料处于平衡态时部是低能态 电子数远大于高能态电子数，当外来光子将低能态电子激 发到高能态后，由于高能态的电子寿命很短，处于高能态 电了又很快回到低能态，这种向上和向下的跃迁几乎是同 时进行的。所以，为了获得粒子反转，就需要极大的激发 强度，能够一下子把低能态电子大部分激发到高能态上去。 具有这样大激发强度的光源是很难得到的，因而也限制了 激光器的使用；同时，很大的激发功率也可能损坏材料。
光纤激光器的优点
光纤激光器近几年受到广泛关注，这是因为它具有其它 激光器所无法比拟的优点，主要表现在: (1)光纤激光器中，光纤既是激光介质又是光的导波介质， 因此泵浦光的耦合效率相当的高，加之光纤激光器能方 便地延长增益长度，以便使泵浦光充分吸收，而使总的 光-光转换效率超过60%； (2)光纤的几何形状具有很大的表面积/体积比，散热快， 它的工作物质的热负荷相当小，能产生高亮度和高峰值 功率，己达140mW/cm； (3)光纤激光器的体积小，结构简单，工作物质为柔性介 质，可设计得相当小巧灵活，使用方便； (4)作为激光介质的掺杂光纤，掺杂稀土离子和承受掺杂 的基质具有相当多的可调参数和选择性，光纤激光器可 在很宽光谱范围内(455-3500nm)设计运行，加之玻璃光 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，调谐范围己达80nm；
(5)光纤激光器还容易实现单模,单频运转和超短脉冲；
(6)光纤激光器增益高，噪声小，光纤到光纤的耦合技术 非常成熟，连接损耗小且增益与偏振无关；
(7)光纤激光器的光束质量好，具有较好的单色性、方向 性和温度稳定性；
(8)光纤激光器所基于的硅光纤的工艺现在已经非常成熟， 因此，可以制作出高精度，低损耗的光纤，大大降低激 光器的成本。