光纤激光器2010资料讲解.ppt

第八章如何使信号源更强?第八章如何使信号源更强?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。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。光纤激光器的分类光纤激光器的优点光纤激光器原理2．谐振腔虽然在光传播的过程中也有自发辐射产生的光子加入，但自发辐射的光有各种传播方向，只有那些传播方向平行于共振腔的光子才能在共振腔中保留下来，其余的自发跃迁受到抑制；另外在共振腔中传播的光的频率受到共振腔共振频率的限制，只有满足共振条件的那些光被加强、其余的光被抑制。所以共振腔的主要作用是在共振腔内形成一个具有特定频率的足够强的激发光场。
共振腔还有另一个作用：在共振腔内形成的受激光一部分通过共振腔端面发射出去成为受激光发射，另外一部分被端面反射回来，在共振腔内继续激发出受激辐射。所以，只要在共振腔内的激光材料始终保持粒子数反转条件，就可以获得连续的受激光发射。3．功率源光纤激光器基本原理稀土类掺杂光纤激光器对于通讯应用，目前认为掺Er光纤激光器最适宜，因为它能工作在石英光纤最低损耗波长1.51m处，调谐范围50nm，可供多路光频复用。它的泵浦波长可在0.807m、0.980m和1．490m，但目前最易得到的是0.980m的激光二极管，它能提供连续编出几百mw，Q开关的15ns脉冲功率100w。理论上有可能获得1kw。
Er3+(4F13/2—4I15/2)有1.54m发射谱线，与Nd激光器一样，用0.514m的激光泵浦，便可产生振荡，其荧光光谱有1.534和1.549m峰，寿命8—12ms。Er激光为三能级激光，因此用块状材料实现连续振荡比较困难，但用纤维激光器，可实现空运连续振荡，阈值30mw左右。插入衍射光栅，也可在1.53—1.55m范围内实现波长可调性。其他的掺杂光纤激光器，如2.1m工作的掺钬(Ho3+)光纤激光器，由于水分子在2.0m附近有很强的中红外吸收峰，对邻近组织的热损伤小、止血性好，且该波段对人眼是安全的，故在医疗和生物学研究上有广阔的应用前景。激光是由Er3＋能级的4I13/2至4I15/2的跃迁产生，属三能级系统。器件效率较低，同时存在激光态吸收的问题，研究工作围绕如何提高器件的效率展开。
Er3＋光纤光栅激光器的缺点是对泵浦光的吸收效率和斜率效率低、频率不太稳定（跳模现象）。为解决这些问题，采用Er3＋－Yb3＋共掺的光纤作为增益介质。Yb3＋离子起着吸收泵光（980nm），然后迅速转移给Er3＋离子，以实现1.5m区的放大器，对泵光的吸收能力可提高2个数量级。2F5/2掺Yb3+光纤有很宽的吸收谱和发射谱，可以采用不同波长的抽运源，在970～1200nm波段获得激光，并可进行宽带调谐；同时，这种光纤激光器不存在激发态吸收、浓度淬灭、多声子跃迁等消激发过程，能够获得很高的能量转化效率。由于以上优点及其广阔的应用前景，掺Yb3+光纤激光器受到越来越多研究者的关注。第八章如何使信号源更强?8.2光纤激光器的结构光在腔内传输来回一次后的光强为：

要保证激光在腔内振荡，要求：

反射光与入射光发生干涉，为了在腔内形成稳定振荡，要求干涉加强。则腔长与波长满足(驻波条件)：纵模和横模——

在腔内，轴向驻波场为腔的本征模式光场。特点：与轴线垂直的横截面光场稳定均匀分布；轴线方向形成驻波，称为纵模。节数为q，为纵模序数。

与轴线垂直的横截面内光场稳定分布，称为横模，用LPml表示，为线性偏振模。m为方位数，表示垂直光纤的横截面内沿圆周方向方位角从0到2光场的变化数（节线数）。l为径向模数，表示纤芯区域光场的半径方向变化数(节线数)。

LP01表示基模，它的角向径向节线数没有变化，为圆形光斑。二、基于定向耦合器的谐振腔和反射器

1、光纤环行谐振腔
泵浦光由1端进入，经耦合器进入环行腔。激励的激光与泵光无关。产生的激光由4端到3端。经耦合器分为2束：一束从2端输出；另一束由4端返回并被谐振放大；如此反复。其中储存了能量。2、光纤