双包层光纤激光器简介

双包层光纤纤芯结构：
双包层光纤谐振腔结构：
线 形 谐 振 腔
比较：线形腔产
生的驻波会造成烧 孔效应，导致多模 振荡，影响激光的 相干性。而环形腔 中激光运行在行波 状态，不会产生烧 孔效应。 环形腔具有封 闭式波导结构，抗 干扰能力强，稳定 性高，具有很高的 使用价值。
泵浦光
掺杂光纤
激光输出 剩余泵光
2016
双包层光纤激光器发 展简介
庄庆贺
西北核技术研 究所
激光的性质：
1
方向性
2
单色性
5
光子简并度
4
3
相干性 亮度高
激光的应用：
激光通讯
激光测量 激光手术 激光光谱 激光武器 激光制导 激光加工
激光的应用：
光纤激光器的组成：
掺杂光纤 泵浦光
激光输出
剩余泵光
激光三要素：泵浦源、工作物质、谐振腔
环 形 谐 振 腔
耦合器
泵浦光
掺杂光纤
耦合器 隔离器
激光输出
双包层光纤泵浦耦合技术：
端 面 泵 浦 耦 合
优点：结构简单、易 要求：聚焦光束的数 于实现，不易集成和 值孔径与聚焦光斑的 稳定性低（带透镜组） 大小与双包层光纤内 缺点：只有两个端面 包层的数值孔径相匹 用于泵浦，限制最大 配。 功率，需要对LD制冷
泵 浦 光
保 护 层
激 光 输 出
激光 输出 外 包 层
浦 光
单包层光纤激光器 双包层激光器对非线性的抑制：(γ,P0，Leff) 耦合效率低 (1)γ为纤芯的非线性参量，一般相同。 双包层激光器的转 (2)P0为能够相位匹配的泵浦光功率，纤芯方向 换效率和输出功率 的功率密度低。 高并能抑制各种非 (3)双包层激光器输出功率高，达到相同功率输 线性效应 出，所需长度Leff短。
纤芯掺杂
Yb3+离子能级结 构简单,无激发 态吸收和浓度淬 灭效应,量子效 率和光光转换效 率高, 发射谱线极宽的 特性,可实现宽 范围激光波长调 谐(1010nm～ 1120nm之间)
单包层光纤结构：
套层
外包层 纤芯 一次涂覆层
双包层光纤结构：
光 纤 芯
内 包 层 光 纤 芯 保 护 层泵
光纤激光器的原理：
E2 E1
E2 E1
E2 E1
hv hv
hv
E0 E0
hv
hv
E0
受激跃迁
自发辐射
受激辐射
不同的掺杂离子决定了不同的激光输出波长 掺杂稀土离子（即斓系元素）通常是正三价的离 子如Er3+、Nd3+、Tm3+、Ho3+、Yb3+、Pr3+等。
纤芯掺ຫໍສະໝຸດ Baidu：
部分稀土离子输出波长和吸收波长
高功率双包层光纤激光器的实现：
泵浦方式
耦合方式
谐振腔 的特性
前景与展望：
半导体激 光器
掺杂光纤
线形腔 环形腔
光纤激光器的优点：
能量转换效率 高，易实现高 功率输出 增益介质表面 积/体积比大, 散热特性好,无 需水冷
光纤柔性好、 激光器结构紧 凑、易于集成 耐高温耐腐蚀, 不受外界电磁 干扰,工作性 能稳定
纤芯几何尺寸 小、易实现激 光单模输出 光谱特性好， 能实现激光波 长宽范围调谐
透镜组端面泵浦耦合 端面直接熔接耦合
侧 面 泵 浦 耦 合
优点：侧面泵浦技术 使光纤的两端空闲出 来,方便对信号光处 理,其泵浦功率较高, 并且支持多点泵浦耦 合,功率可扩展性高
角度磨抛侧面耦合 熔锥侧面泵浦耦合
可调谐的双包层光纤激光器输出：
通过调节闪耀光 栅转角可以改变 输出激光波长 泵浦功率越高， 输出功率越高 在1190nm波长 时功率达到最高