光纤激光器的简介ppt

1、近期，随着光纤通信系统的广泛应用和发展» 超快速光电子学、非线性光学、光传感等各种领域 应用的研究已得到日益重视。其中，以光纤作基质 的光纤激光器，在降低阈值、振荡波长范围、波长 可调谐性能等方面，已明显取得进步，是目前光通 信领域的新兴技术，它可以用于现有的通信系统， 使z支持更高的传输速度，是未来高码率密集波分 复用系统和未来札|干光通信的基础。0前光纤激光 器获本是研究的热点技术z。药品激先喷码标刻应用光纤激光器的应用材料弯曲 的应用材料处理激光切割的 应用反射镜掺杂光纤图ii光纟千激光器的基本结构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，结构如图所示泵

2、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 的泵浦结构祸合到作为增益介质的掺稀土元素光纤内， 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 激光输岀光纤激光器原理在儿乎各种光纤激光器特别是掺杂光纤激光器中，光 纤光栅都发挥着十分重要的作用，利用光纤光栅构成其 谐振腔的激光器结构得到了越来越多的关注。光纤光栅。 起着激光选频、反馈或兼有放大的功能，巧妙地取代了 镜片式传统光学谐振腔，解决了光路需调节的问题;它与 稀土光纤的结合使得光纤激光器真正实现了全光纤结构; 它精密的频率选择性可以获得单纵模窄线宽的激光输岀, 还可以降低噪声;

3、它良好的调谐特性可以使激光器形成连 续可调输出;利用多反射峰的光纤光栅可以实现光纤激光 器的多波长输出;如果将多反射峰与调谐性能结合起来还 可以实现可选波长激光器。下面介绍一下光纤光栅的原耦合模理论是研究光纤光栅中应用范围最广的 一种方法，能够比较全面、细致、全程地描述光波 藕合行为，可以用于分析dfb半导体激光器、各种 波导耦合器件等多个领域中的电磁波活动。它是以表述模场幅度如功率在传输过程中变化 规律的微分方程为基础的模式理论。:光纤光栅的耦合模理论从maxwell方程组可以简单地推导出波导屮光场所遵 守的helmholtz方程：、护e（"+时彳e伉竝）=0式中e为电场强度，ko

4、为真空中波矢，n是介质折 射率。光纤中所支持的光场模式可以表示为：刊加）咄m）師训冋2几其卩屮为名模衣化横向*英场分布，p为传输 常数，式中的+号与一号分别代表沿z轴正反向传播的光场。通常紫外光引起的折射率改变非常小，约:量级，当作微扰处理是合理的。根据微扰理论，经过紫外曝光后光栅区的光场可以表示为曝光前光纤所支持的光场模式完备集的叠加:光纤光栅的耦合模理论£（匚加）二工勺屮;（,）卿（-川*）十巧旳仇&）cxp学）11 41驾、哄、分别表示沿:轴正反方向传输的第j个模 式光场的慢变幅度。光栅区的折射率调制具有周期 性，可以按傅立叶级数展开，且用相位掩模板或全 息干涉等方法制

5、作的光栅可近似地看作正弦调制， 高次项所对应的幅度很小而被忽略，此时光纤芯区 的折射率可简单地表示为：2打列对n %十启w占 -cos -z + 0g）光纤激光器原理a是折射率的调制周期，n。是紫外曝光前的纤芯折 射率，弘吩匕）是光致折射率变化的直流分量，v是折射 率调制的条纹可见度，而小励叱也就是折射率调、 制的交流分量，必则描述光栅周期的变化。同时， 归一化模场分布函数满足以下方程：沪屮；（/） + （际児-0；）屮;（/）“j = 1, 2, 3,在弱波导耦合条件下，是一个缓慢变化的包络函数，它的二阶导数可忽略率卄，考虑到各模式之间 的正交性，可推导出光栅区各模式之间的耦合方程为： 讐&

6、quot;工九（0 +乓）expr（a -色）訂+龙a （心-忑）exp-/（a + 0）訂 db"*一龙心匕 -kqexpp（炕 +丙）訂一送+k：）exp-“ -佛azkk式中的为第k个模式和第j个模式的横向藕合系数，可表示芳心(冇=彳 皿叹尸卍耳(/)匚外rdrdew对于用单模光纤制作的bragg光栅来说，光纤光栅中只 支持正反向基模之间的藕合，近似可得到最简单常用 的基模藕合方程：hff一=+ iks qz)dzdz.其中:7“；叫光纤激光器原理通过不同波长处的反射系数pu）就可得到光纤光栅 对应的反射率叽刃和群时延特性hq：讦肋肋阻（p（久）2ttc川久对于其它周期不均匀或

7、折射率调制不均匀等复 杂结构的光纤光栅就只能够借助于数值求解方 法了。=光纤激光器是波导式结构可容强泵浦，具有增益、转换效率高、阈值低、输出光束质量好、宽窄、结构简单、可靠性高 蚩纤的耦锂丄分类依据器、基于非线(2)连续波光纤激光(3)激光输啖 出皮长轡(4>|jz< 上转啾纟(5)堵盏介质特性-|7参杂光纤激光器、塑料光羽 纤激光器等z(1)谐振腔结构法布里一珀罗(fp:fabryperot)腔、环形腔 晋光纤谐振腔等 激光输出的时域特性与-脉冲光纤激光器；&数目襌光器和多波长光纤激光器 . 叽制j /:激递器、下转换光纤械光*光纤激光器的分类inputnsxx叱宓0co

8、ep/ergopfcroutput*外包龙激.丸输"哄外包恳*内包屢屮汁芒宀wvbmad-area multimode pump q/odes(b)4双包层光纤的岀现无疑是光纤领域的 一大突破，它使得高功率的光纤激光器 和高功率的光放大器的制作成为现实。自1988年e snitze首次描述包层泵浦光 纤激光器以来，包层泵浦技术已被广泛 地应用到光纤激光器和光纤放大器等领 域，成为制作高功率光纤激光器首选途 径。目前，该技术被称为多模并行包层 泵浦技术。brmd-area multimode pump d/odas()re-doped core外包龙激.丸输保护毎卡内包曲十汁2 hig

9、h power diode pumps ptrnip injection(5)outer cladding:(©fiber gratin呂 mirrorlow-index polymer-co &titi 呂high powder, high brightness laser signal在常规阶跃折射率光纤的纤芯3和外包层 输多模泵浦光的内包层4 纤芯3屮掺朵有不 光纤纤芯相似，用于传输信号光，并实现来 光耦合系统2将多个多模激光二极管1发上 包层4中，多模泵浦光在内包层传输时会反 这样掺朵在纤芯3中的稀土离子就会吸收 从基态跃迁到上能级，实现粒子数反转，製 射光通过在光纤

10、内设置的光纤光栅6的选殘攥護渤外曲虽' 辐射光可被振荡放大而最后产生激光输h包层泵浦光纤激光器技术双包层光纤的出现无疑是光纤领域的一人突破，它使 得高功率的光纤激光器和高功率的光放大器的制作成为 现实。多模并行包层泵浦技术特性决定了该类激光器有 以下儿方面的突出性能：、包层泵浦光纤激光器技术包层泵浦光纤激光器技术新型的光纤激光器技术早期对激光器的研制主要集中在研究短脉 冲的输出和可调谐波长范围的扩展方面。今天, 密集波分复川(dwdm)和光时分复川技术的飞速 发展及日益进步加速和刺激着多波长光纤激光 器技术、超连续光纤激光器等的进步。同时，多波长光纤激光器和超连续光纤激光器的出现, 则

11、为低成本地实现tb/s的dwdm或otdm传输提 供理想的解决方案。就其实现的技术途径来看, 采用edfa放大的自发辐射、飞秒脉冲技术、超发光二极管等技术均见报道。新型的光纤激光器技术多波长光纤激光器图3 从同一牛锁模光纤激光器发出的两 束相互关联的短际冲激光适用于泵浦-基于光纤的超连续光纤激光器锁模光纤激光器频率上变换光纤激光器探测光谱技术和匚尺2显微技术n【结语以光纤光栅、滤波器、光纤技术等为基础的新 型光纤器件等的陆续面市，将为光纤激光器的随着光通信网络及相关领域技术 的飞速发展，光纤激光器技术正在不 断向广度和深度方面推进；设计提供新的对策和思路。包层泵浦光纤激光 器和单波长、2irfl和3irfl的面市，无疑体现出 光纤激光器的巨大潜力。尽管目前多数类型的 光纤激光器仍处于实验室研制阶段，但已经在 实验室中充分显示其优越性。目前光纤激光器的开发研制正向多功能化、 实用化方向发展。其中比较突出的光纤激光器 类型有：能根据客户需要波长而输出特定波长 的raman光纤激光器，针对wdm系统而开发的 基于超连