双包层光纤激光器技术

1、双包层光纤激光器技术光纤激光器综述摘要：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、激光测距、激光雷达、激光艺术成像、激光防伪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简要介绍光纤激光器、光纤激光器的基本结构及特点、光纤激光器的能量应用、光纤激光器的在激光技术领域的应用。一光纤激光器的简述光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：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”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。二

2、光纤激光器的基本结构及特点光纤激光器的基本结构与固体激光器的结构基本相同，光纤激光器是由增益介质(即掺杂光纤、谐振腔和泵浦源三部分组成 光纤激光器是波导式结构，可传导强泵浦、有高增益(单程增益达50dB ，稀土元素在玻璃基质中有较宽的线宽和调谐范围(Yb3+为125nm、Tm3+300nm 光纤激光器的特点如下：(1 光纤作为导波介质，其耦合效率高，纤芯直径小，纤内易形成高功率密度，可方便地与目前的光纤通信系统高效连接，构成的激光器具有高转换效率、低激光阈值、输出光束质量好和线宽窄等特点。 (2由于光纤具有很高的“表面积体积”比，散热效果好，环境温度允许在-20+70之间，无需庞大的水冷系统，

3、只需要简单的风冷即可。 (3可在恶劣的环境下工作，如在高冲击、高震动、高温度、有灰尘的条件下皆可正常运转。(4由于光纤具有极好的柔绕性，激光器可设计得相当小巧灵活、外形紧凑体积小，易于系统集成，性能价格比高。(5具有相当多的可调谐参数和选择性，能获得环。例如在双包层光纤的两端直接刻写波长和透过率合适的布拉格光纤光栅来代替由镜面反射构成的谐振腔。全光纤拉曼激光器是由一种单向光纤环即环形波导腔构成，腔内的信号是被泵浦光直接放大，而不是通过粒子数反转。三、光纤激光器的能量应用(1双包层光纤激光器a.双包层光纤双包层掺杂光纤的构形如图所示。双包层掺杂光纤由纤芯、内包层、外包层和保护层四个层次组成。内包

4、层的作用：包绕纤芯，将激光辐射限制在纤芯内；作为波导对耦合到内包层泵浦光多模传输，使之在内包层和外包层之间来回反射，多次穿过单模纤芯而被其吸收纤芯的作用：吸收进入的泵浦光，辐射激光限制在纤芯内；作为波导，激光限制在纤芯内传输，控制模式。内包层形状在双包层结构中，泵浦光的吸收率与内包层的几何形状和纤芯在包层结构中的位置有关。此外，泵浦光被掺杂稀土离子的吸收率正比于内包层和外包层的面积比。图中为圆形和星形的内包层光纤横剖面示意图不同结构的双包层光纤为了增加泵浦吸收率，又发展到采用D形、方形和矩形内包层等不同形状(2任意形状光纤激光器双包层泵浦技术虽取得良好的效果，但由于受包层截面积的限制，影响泵浦

5、功率的进一步提高。日本植田教授提出了“任意形状激光器”(不同光纤结构的光纤激光器方案。该方案以掺杂光纤构成圆盘状或圆柱状等不同的光纤介质，泵浦光从边缘注入，这样泵浦光的耦合能够利用的面积比纤芯端面和包层端面大得多，这种“任意形状”的光纤激光器可望实现高的连续激光输出。盘状、片状、圆柱状、环状及棒状等不同结构如图以平面状的结构为例，它用折射率与纤维包层相同的材料嵌入光纤的间隙，表面作成光学表面，使泵浦光在盘内全反射。盘形光纤激光器的结构四、光纤激光器的在激光技术领域的应用光纤激光器在光纤通信领域有重要的应用，而且正在迅速地向其他更为广阔的激光应用领域扩展。为了满足光纤通信、激光加工、激光医疗等领

6、域快速增长的市场需求，美国、西欧、日本和我国纷纷加大光纤激光器的研发力度。尤其最近，引起国际关注的美国IPG光电公司已推出掺Yb3+高功率光纤激光器系列，如2002年5月获得2kW功率输出，同年8月获4kW、11月获10kW功率输出，此后还可能开发出更大功率输出、更多应用范围的光纤激光器问世。这类光纤激光器的优点是：高插头效率(高达20；泵浦二极管寿命长(约十万小时以上；无须机械稳定；可在各种不同的外界条件下使用、省电；安全的空气冷却。这些优点使得它在激光技术领域中呈现出美好的应用前景由于光纤激光器的优良性能，决定了它比半导体激光器和大型激光器(如各种体积庞大的、普通激光加工和打标使用的CO2和YAG激光器拥有更多的优势，不仅在光纤通信领域中越来越占有很重要的地位，还在激光技术领域中成为目前研究的最为活跃的激光光源之一，其中高功率双包层掺杂光纤激光器是近几年研发的热点。如果在先进加工产业中采用光纤激光器，许多大型的激光加工设备包括切割、焊接、热处理以至激光打标、激光雕刻、精密打孔、激光医疗器械等设备和仪器都可以制成重量和体积较小的设备或者便携式的灵巧系统。因而新型