光纤激光器专题知识讲座

1、光纤激光器专题知识讲座光纤激光器专题知识讲座第1页光纤激光器发展历程光纤激光器基础原理光纤激光器与其它激光器比较几个实用光纤激光器及其应用光纤激光器专题知识讲座第2页1.光纤激光器发展历程光纤激光器专题知识讲座第3页2.光纤激光器基础原理工作物质：掺杂光纤；谐振腔：光纤环与两个反射镜组成；泵浦源：普通采取半导体激光器泵浦。光纤激光器专题知识讲座第4页2.1 双包层稀土掺杂光纤2.1.1 掺杂稀土离子 是光纤激光器关键，它决定着对光泵浦吸收和激射光谱，稀土元素通常以三价形式发生离化。 稀土离子在光纤中掺杂浓度是非常主要，浓度太低得不到足够离子数实现激射，浓度过高又会引发浓度碎灭和结晶，从而降低激

2、发态能级粒子数。对于某一个光纤其掺杂浓度通常存在一个最正确掺杂浓度。光纤激光器专题知识讲座第5页2.1.2 双包层光纤结构对于圆形内包层双包层光纤，因为大量螺旋光存在，纤芯吸收效率只有10，所以内包层形状设计也是提升泵浦吸收效率关键。按照泵浦光被吸收程度高低排序是： 矩形内包层（最高），D形内包层，偏芯结构和同心圆形内包层。光纤激光器专题知识讲座第6页 各种非圆对称结构内包层几乎到达百分之百高吸收效率。原因在于：破坏了泵浦光在圆形内包层中螺旋光传输，改变了光线在光纤中分布，使得泵浦光在有限距离内更充分经过纤芯被掺杂离子吸收。光纤激光器专题知识讲座第7页2.2 光纤激光器谐振腔 2.2.1 Fa

3、bry-Perot腔： 将增益介质放置于两块含有高反射率镜子中间而组成。此种结构简单、方便。 光纤激光器专题知识讲座第8页最常见F-P腔是：用光纤光栅WDM耦合器或光纤环路镜代替介质镜。因为掺杂光纤本身增益较大，光纤端面输出藕合器往往只是采取光纤端面抛光形成镜面;利用玻璃与空气界面片镜面反射作为输出耦合镜。光纤激光器专题知识讲座第9页 2.2 环型谐振腔 （1）不需使用反射镜，可做成全光纤谐振腔。 （2）能够用来产生线宽非常窄激光器。 （3）波长能够由可调F-P滤波器控制，而不是由光纤环长度控制。 （4）光隔离器能够抑制反向传输激光模式。光纤激光器专题知识讲座第10页3.光纤激光器泵浦结构 泵

4、浦结构设计是高功率光纤激光器一项关键技术。在初始研究阶段端面泵浦和侧向泵浦结构被广泛采取，端面泵浦技术受包层横截面积限制影响泵浦功率深入提升。而侧向泵浦技术因为采取透镜准直聚焦而使系统稳定性下降，不利于实用化。 多年来大家在高功率光纤激光器泵浦结构方面又有一些新探索，日本科学家提出“任意形状激光器”方案，该方案将掺稀土元素光纤盘成圆盘状或圆柱状等不一样形状，在光纤缝隙间填充与光纤包层同折射率材料，泵浦光从边缘注入，这么泵浦光吸收面积比单根双包层光纤内包层面积大大增加，而且泵浦光屡次经过掺杂纤芯，也将使掺杂元素对泵浦光吸收愈加充分。 这种“任意形状”光纤激光器有望实现更高激光功率输出。 光纤激光

5、器专题知识讲座第11页3.光纤激光器泵浦结构光纤激光器专题知识讲座第12页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脉冲激光，能够加工材料种类更多；使用方便，采取光纤传输能够有更大扫描范围；能量转换效率高，光纤激光器电光转换效率为25，而二氧化碳激光器只有5；光束质量好。和YAG激光器比较光光转换效率高，光纤激光器转换效率为70，YAG只有20；使用寿命长；无需复杂冷却系统；轻易调整；光纤传输，不怕污染，光束质量好。光纤激光器专题知识讲座第13页光纤激光器与YAG固体激光器价格比较光纤激光器专题知识讲座第14页5.几个经典光纤激光器及其应用5.1大功率光纤激光器实现大功率

6、输出主要技术： 采取包层泵浦技术，采取特种光纤作为增益介质，同时采取特种材料制造光纤.大功率光纤激光器应用： 激光加工，激光医疗和军事。光纤激光器专题知识讲座第15页5.2 大功率双掺杂光纤激光器 1英国SPI企业大功率光纤激光器redPOWERTM 高功率光纤激光模块-1550nm 输出最大可达 4W，波长1.5 mredPOWERTM 紧凑激光模块 (2W-10W) 最大输出可达10W，波长1m光纤激光器专题知识讲座第16页5.2 大功率双掺杂光纤激光器 2IPG企业大功率光纤激光器YLR-SM Series100W to 1.5kW output Optical Power1060 to

7、 1080nm Wavelength Range100khrs Estimated Pump Diode MTBF光纤激光器专题知识讲座第17页5.3 光纤激光器打标系统大功率双包层光纤激光器打标系统光路图JDS Uniphases Continuous Wave (CW) Fiber Laser Marking (FLM) System 光纤激光器专题知识讲座第18页5.3 光纤激光器打标系统应用 1激光雕刻， 右图为激光 雕刻示意 图下列图为激光 雕刻图形光纤激光器专题知识讲座第19页5.3 光纤激光器打标系统应用 2光纤激光器能够用于材料改性，右图为示意图下列图为材料改性例子光纤激光器专

8、题知识讲座第20页5.3 光纤激光器打标系统应用 3大功率光纤激光器能够用于激光切割和剥离。右图为示意图下列图为剥离出来图形光纤激光器专题知识讲座第21页5.4 连续激光和脉冲激光打标比较 左图为连续打标系统效果，右图为脉冲激光打标系统效果。光纤激光器专题知识讲座第22页5.5 窄线宽光纤激光器实现窄线宽相关技术 主要采取光纤光栅或者光纤F-P干涉仪等滤波器进行线宽压缩；窄线宽光纤激光器应用： 窄线宽光纤激光器相关长度长，在相关光通信系统，光纤传感系统，光学测量系统中有很好应用前景。DBR型窄线宽光纤激光器光纤激光器专题知识讲座第23页5.6 窄线宽光纤激光器 1NP Photonics 企业

9、窄线宽光纤激光器Very narrow linewidth (long coherent length) 20mW高速短脉冲光源对于光时分复用系统，光学取样技术等有主要意义，光纤激光器专题知识讲座第28页5.8超短脉冲光纤激光器 1美国Calmar企业飞秒光纤激光器。FPL-0X-XX 波长范围：1535-1560 nm可调或范围内固定重复频率：20M或10-50M可调，脉宽：100fs-1000fs可调或范围内固定，平均输出功率：50-100mW超短脉冲光源能够用做大型激光系统种子光源，同时在时间定标等领域有主要应用光纤激光器专题知识讲座第29页5.8 超短脉冲光纤激光器 2IPG 企业飞秒

10、光纤激光器Up to 50kW Peak Power100,000hrs Pump Diodes Life光纤激光器专题知识讲座第30页5.8 超短脉冲光纤激光器 3美国Polaronyx企业飞秒光纤激光器（模块） 波长范围：1530-1600 nm内固定重复频率：35-60MHz范围内固定脉宽：100fs（经典）平均功率：100mW峰值功率：0.5-20KW光纤激光器专题知识讲座第31页6.光纤激光器前景与展望 当前，光纤激光器可实现800nm2100nm波段激光输出，最大功率已到达万瓦量级，应用在光通信、激光加工、激光打标、图像显示、生物工程、医疗卫生等领域。 未来光纤激光器发展趋势：（1）光纤激光器本身性能提升。怎样提升输出功率和转换效率，优化光束质量，缩短增益光纤长度，提升系统稳定性并使其愈加小巧紧凑将是未来光纤激光器领域研究重点。（2）新型光纤激光器研制。 在时域