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什么是光纤激光器?

发布时间:2013-05-20

光纤激光器的简介

光纤激光器
光纤激光器

现在光纤激光器的应用在我们的生活中是非常广泛的,光纤激光器的类型有很多,你对光纤激光器的了解有多少呢,光纤激光器都有哪些优势呢,今天就让小编为大家简单的介绍一下什么是光纤激光器?

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。

光纤激光器应用范围非常广泛,包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接(铜焊、淬水、包层以及深度焊接)、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设等等。

光纤激光器的原理特性

由于光纤激光器采用的工作介质具有光纤的形式,其特性要受到光纤渡导性质的影响。进入到光纤中的泵浦光一般具有多个模式,而信号光电可能具有多个模式,不同的泵浦模式对不同的信号模式产生不同的影响,使得光纤激光器和放大器的分析比较复杂,在很多情况下难以得到解析解,不得不借助于数值计算。光纤中的掺杂分布对光纤激光器也产生很大的影响,为了使介质具有增益特性,将工作离子(即杂质)掺杂进光纤。一般情况下,工作离子在纤芯中均匀分布.但不同模式的泵浦光在光纤中的分布是非均匀的。因而,为了提高泵浦效率,应该尽量使离子分布和泵浦能量的分布相重合。在对光纤激光器进行分析时,除了基于前面讨论的激光器的一般原理,还要考虑其自身特点,引入不同的模型和采用特殊的分析方法,以达到最好的分析效果。

光纤激光器
光纤激光器

和传统的固体、气体激光器一样,光纤激光器也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器,增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤,谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔,也可以用耦合器构成各种环形谐振腔。泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤,增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生白发辐射。所产生的白发辐射光经受激放大和谐振腔的选模作用后,最终形成稳定激光输出。

光纤激光器的类型

按照光纤材料的种类,光纤激光器可分为:

1、晶体光纤激光器。工作物质是激光晶体光纤,主要有红宝石单晶光纤激光器和nd3+:YAG单晶光纤激光器等。

2、非线性光学型光纤激光器。主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器。

3、稀土类掺杂光纤激光器。光纤的基质材料是玻璃,向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活,而制成光纤激光器。

4、塑料光纤激光器。向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光纤激光器。

光纤激光器的优势

光纤激光器作为第三代激光技术的代表,具有以下优势:

(1)玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化优势;

(2)玻璃光纤对入射泵浦光不需要像晶体那样的严格的相位匹配,这是由于玻璃基质Stark 分裂引起的非均匀展宽造成吸收带较宽的缘故;

(3)玻璃材料具有极低的体积面积比,散热快、损耗低,所以转换效率较高,激光阈值低;

(4)由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片,具有免调节、免维护、高稳定性的优点,这是传统激光器无法比拟的。

(5)光纤导出,使得激光器能轻易胜任各种多维任意空间加工应用,使机械系统的设计变得非常简单。

(6)胜任恶劣的工作环境,对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。

(7)不需热电制冷和水冷,只需简单的风冷。

(8)高的电光效率:综合电光效率高达20%以上,大幅度节约工作时的耗电,节约运行成本。

(9)高功率,目前商用化的光纤激光器是六千瓦。

(10)输出激光波长多:这是因为稀土离子能级非常丰富及其稀土离子种类之多;

(11)可调谐性:由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽。

总结,光纤激光器仅是激光器的其中一种并且是第三代激光技术的代表。通过本文的讲解,相信大家对光纤激光器的认识会越来越深入,希望本文能对大家的工作有一定的指导作用。

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