光纤激光器研究进展_申人升
收稿日期:2008-10-13.
动态综述
光纤激光器研究进展
申人升,张玉书,杜国同
(大连理工大学物理与光电工程学院,辽宁大连116023)
摘 要: 光纤激光器具有寿命长,模式好,体积小,免冷却等一系列其他激光器无法比拟的优点,近年来受到了来自电子信息、工业加工和国防科技等研究开发领域的高度关注。文章概述了光纤激光器典型的工作原理,阐述了其当前主要研究方向以及国内外研究现状,最后提出了光纤激光器产业化的趋势。
关键词: 光纤;光纤激光器;光子晶体光纤;超短脉冲
中图分类号:TN248 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2009)01-0001-05
Latest Development of Fiber Lasers
S HEN Ren -sheng ,ZH ANG Yu -shu ,DU Guo -tong
(School of Physics and Optoelectronic Technology ,Dalian University of Technology ,Dalian 116024,C HN )
A bstract : Fiber lasers ow n lots of advantages co mpa red with o ther lasers ,including lo ng life ,goo d mode ,compactness ,etc .Recently ,fiber lasers have received increasing ly intensive attention in the applications o f electro nic info rm ation ,industry processing and national defense technolog y .T he ty pical principle o f fiber laser is explained and research prog re sses about fiber lasers are review ed .Fur thermo re ,the future developmental trends fo r lase r fiber are discussed .
Key words : fiber ;fibe r lasers ;photonic crystal fiber ;ultrasho rt pulse
0 引言
光纤激光器诞生于20世纪60年代初,它是伴随着光纤通信技术、光纤制造工艺以及与激光器生产技术的日趋成熟而迅猛发展起来的新型器件。由于其在高速率、密集波分复用(DWDM )通信系统、高精度传感技术和大功率激光加工等方面呈现出潜在的技术优势和广阔的应用前景,所以备受世界各国科研工作者的青睐,现已成为国际学术界的热门研究对象。
光纤激光器与其他类型激光器相比较,其优点为:(1)泵浦功率低、增益高、输出光束质量好;(2)与其他光纤器件兼容,可实现全光纤传输系统;(3)使用光纤作为基体,其结构具有较高的比表面积,因而散热好;(4)体积小,携带方便;(5)光纤激光器可以作为光孤子源,实现光孤子通信。
1 原理与分类
1.1 基本工作原理
图1所示为典型光纤激光器的基本结构
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图1 光纤激光器基本结构
典型光纤激光器主要由三部分组成:产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和激发增益介质的泵浦源。其中,增益介质为掺杂稀土离子的纤芯。
当泵浦光从反射镜1(或光栅1)入射到掺杂光纤芯中时,会被所掺杂的稀土离子吸收。吸收了光子能量的稀土离子会发生能级跃迁,实现“粒子数反
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转”,反转后的粒子经弛豫后会以辐射形式再从激发态跃迁回到基态,并释放出能量,从反射镜2(或光栅2)输出。
1.2 分类
根据光纤激光器激射机制、器件结构以及输出激光特性的不同可以有多种不同的分类方式。以目前光纤激光器技术的发展情况来看,其分类主要有以下几种:
(1)按光纤基体结构分类:单包层和双包层光纤激光器。
(2)按输出波长个数分类:单波长激光器和多波长激光器。
(3)按增益介质分类:稀土离子掺杂光纤激光器(如Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+、H o3+等)、单晶光纤激光器、塑料光纤激光器和光纤孤子激光器。
(4)按谐振腔结构分类:F-P腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及“8”字形腔、DBR光纤激光器、DFB光纤激光器等。
2 主要研究方向及现状
目前,对于光纤激光器的研究方向主要集中在高功率光纤激光器、窄线宽光纤激光器、多波长光纤激光器、超短脉冲光纤激光器、拉曼光纤激光器和光子晶体光纤激光器等几个方面。
2.1 高功率光纤激光器
高功率光纤激光器[1]与同等功率水平的其他类型激光器相比较,其具有效率高、体积小、冷却温度低和光束质量好等优点,因此高功率光纤激光器一直是光纤激光器领域中最热门的研究方向。
如何提升单根光纤激光的输出功率,是高功率光纤激光器发展的主要研究内容之一。1999年美国的V.Dominic等人[2]用4个45W的半导体激光器从光纤两端泵浦,获得了110W的单模连续激光输出。但由于光纤和泵浦源技术的限制,在此后近3年的时间里,单光纤激光输出功率没有获得突破性进展。2003年,随着大模场光纤技术和高功率泵浦源技术的发展,光纤激光器的输出功率快速提高,德国的IPH T、英国的SPI和美国的IPG公司分别报道了200W、270W和300W的光纤激光器。在2004年初的Pho to nics We st会议上,英国的SPI公司报道了1kW的光纤激光器。随后,英国南安普顿大学报道了1.36kW连续波光纤激光器[3],并预言通过对掺杂光纤更先进的设计和采用更高功率的泵浦源,单根光纤的输出功率有可能提高到近万瓦。2004年美国的IPG公司研制出了10万瓦的光纤激光器和1.7万瓦的工业光纤激光器生产线。
由于单根光纤输出的激光功率毕竟有限,于是人们想到利用激光光束组合技术实现输出功率的提高。近年来,其研究方法主要有两种:相干光束组合和非相干光束组合。
由于光纤激光器的相干组束技术可以将多路激光束相干叠加,在提升输出总功率的同时,保持了光纤激光器良好的光束质量,因此该技术成为了高功率光纤激光器研究中很有前途的发展方向。
目前,研究人员已经提出了多种相干组束技术,主要有:主振荡放大技术[4]、多芯光纤自组装技术[5]、全光纤组束技术[6]、光谱组束技术[7]和外腔相干组束技术[8-9]等。光纤激光器的相干组束技术研究才刚刚起步,尚处于实验研究阶段[10]。
2.2 窄线宽光纤激光器
对于激光器来说,如果只允许一个纵模振荡,则形成单频激光器,其输出光具有极高的时间相干性。该类型激光器具有很高的实用价值[11],所以窄线宽光纤激光器就成为光纤激光器研究领域的另一个热点,它以线宽窄、低噪声等优点广泛应用于光纤传感、光纤遥感、高精度光谱及光纤通信领域[12]。窄线宽光纤激光器的早期研究工作主要集中在固定波长的窄线宽光纤激光器上,振荡波长由固定波长响应的滤波器控制,如布拉格光栅,其反射中心波长由光栅周期决定,反射带宽由光栅长度决定。除了通过对光纤光栅施加应力或温差来改变振荡波长外,还可以通过旋转光栅、调节腔内标准具角度、利用声光滤波器、电调液晶标准具等方式来实现。
窄线宽光纤激光器常见的腔体结构有线形腔结构和环形腔结构。其中,线形腔结构简单、工作稳定,但是由于驻波场存在空间烧孔效应,不利于实现单频运转,常常把腔体变短,从而导致抽运转化效率低。而采用环形腔结构的窄线宽光纤激光器则可以消除空间烧孔效应,并实现单频运转,其腔体较长,增益高。
2007年光库通讯向市场推出一款超窄线宽光纤激光器,其采用美国核心专利技术和高浓度铒/镱离子共掺有源光纤,有效解决了输出功率与光束质量之间的矛盾。其腔体长度小于5cm,线宽小于3 kH z,高达150mW的输出功率,波长调谐范围为20 GH z,相干长度可达75km。
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2.3 多波长光纤激光器
多波长光纤激光器在DWDM光纤通信系统、分布式多波长光纤传感系统、光学测试、光谱学等方面具有广泛的应用前景[13]。
多波长光纤激光器主要是利用光纤光栅反馈和滤波机理实现多波长选择的。为了实现波长间隔可调,人们将保偏光纤引入R型光环路中,用保偏光纤替代滤波器。
对于多波长光纤激光器来说,掺铒光纤增益在室温条件下的均匀展宽线宽较大,各纵模间存在模式竞争,难以实现多波长的同时激射。只有将其放置于液氮(温度77K)条件下,掺铒光纤才能实现多波长同时激射。所以,实现常温条件下输出波长可调,波长间隔可调和通道可调一直是多波长光纤激光技术领域的研究重点。
2002年,R.Slavik等人[14]报道了一种在腔内放置声光频移器的多波长掺铒光纤环形激光器,其在室温条件下实现了C波段的1538～1548nm之间13条谱线或者1543～1560nm之间18条谱线输出。2003年,K.Cheng等人[15]报道了一种室温条件下超低损耗的全光纤多频激光器,实现了18通道输出。2006年,Y.G.Liu等人在常规掺Er3+环形激光器上实现了室温下多波长激光的输出[16]。2007年,Yan M等人利用级联的长周期光栅做谐振腔滤波器得到1556.0nm,1558.6nm和1561.2 nm三个波长的激光输出[17]。
目前,已经报道的多波长EDFL都具有较窄的增益频谱,因此限制了更多波长的激光振荡。DWDM技术的成熟对多波长激光器的性能也提出了更高的要求。另外,由于增益介质和激光腔的设计仍是制作高性能、低成本多波长光纤激光器的关键,所以如何改善目前多波长EDFL中EDF过长而产生的对环境敏感等因素和如何使得输出波长更加稳定且易于调节,是以后多波长EDFL研究发展的趋势[18]。
2.4 超短脉冲光纤激光器
超短脉冲光纤激光器是根据锁模原理实现激光输出的,即当光纤中各纵模频率间隔相同且相邻纵模间相位差为常数时即可获得锁模激光脉冲输出。根据锁模方式不同,可分为主动锁模光纤激光器和被动锁模光纤激光器。由于主动锁模调制能力有限,限制了锁模脉冲的宽度,所以主动锁模光纤激光器的脉冲宽度通常为皮秒量级。而被动锁模光纤激光器则是利用光纤或其他元件中的非线性光学效应实现锁模的,其结构简单,在一定条件下不需要插入任何调制元件就可以实现自启动锁模工作。
2006年,A.Po ly nkin等人[19]报道了一种新的被动锁模超短腔高平均功率皮秒级短脉冲光纤激光器,获得稳定的重复率达550M H z的脉冲激光输出(平均输出功率500～775mW)。2007年, Sumimura等人[20]利用啁啾光栅做谐振腔得到了稳定的、单模输出的飞秒锁模光纤激光器。
超短脉冲的飞秒技术应用已步入快速发展阶段,并在很多领域得以应用。在不久的将来,脉冲能量为100μJ、输出功率为几十瓦的飞秒激光器有可能在工业中得到应用。据报道,皮秒光纤激光器现已经突破了100W壁垒,并有可能成为未来高速自由空间系统的中心组件,用于卫星间,甚至行星间的通信[21]。
超短脉冲技术在通信领域中已经成为了实现高速光时分复用的关键,而对于超短脉冲激光器的应用也已经深入到材料、生物和医学等多学科领域。
2.5 拉曼光纤激光器(RFL)
RFL利用光纤中的受激拉曼散射效应作为基本原理来实现激光振荡。基于受激拉曼散射效应原理制备的光纤激光器与基于掺杂稀土离子的光纤激光器相比较,其具有更高的饱和功率,同时又没有泵浦源的限制,所以该类激光器在光纤陀螺、光纤传感、波分复用及相干光通信系统中有着重要的应用。
当前RFL的主要增益介质是锗硅光纤和磷硅光纤,它们的拉曼频移分别为440cm-1和1330 cm-1。如果选择合适的泵浦源和增益介质,原则上RFL能够在任意波段获得激光输出,并可进行宽带调谐。近年来,由于RFL的研究进展迅速,新结构、新用途的激光器相继出现,使得RFL各方面的性能大为提高,已经具有了实用价值。
阿尔卡特公司在OFC'2002会议上曾报道了一种可重构三波长的RFL结构,其用于C+L波段的拉曼放大器中。2003年南开大学的苏红新等人[22]报道了内腔级联RFL输出特性的实验研究结果。2004年深圳大学的杜戈果等人[23]报道了利用国产镀膜镜作为谐振腔镜实现的一级拉曼激光输出的实验结果。同年,Skubchenko等人[24]研制出一种高功率的全光纤保偏RFL;Abeeluck等人[25]利用高非线性色散位移光纤获得了3.2W,超过544nm的超连续输出;Sim等人[26]在1539nm实现了输出
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13.2W,转换效率为32.5%的激光,是目前在1400～1600nm波段已报道的功率最高的级联RFL。
2.6 光子晶体光纤激光器(PCFL)
由于与传统的光纤相比较,光子晶体光纤(PCF)具有无限单模特性、可控色散特性、高双折射、超连续性和大模场面积等优点,所以使得PCFL 具有了其他光纤激光器所不具备的独特优势。
自2000年W adsw o rth首次报道PCFL以来[27],PCFL的研究已经取得重大研究进展,其某些性能已经达到甚至超过了常规光纤激光器。其中具有发展前景的典型器件是掺Yb和双包层的PCFL、基于PCF的脉冲光源及全光纤PCF拉曼激光器[28]。
2003年,德国和丹麦的研究人员分别报道了波长为1070nm、输出功率达到80W、斜率效率为78%的高功率PCFL激光器[29]。2003年, Wadsw o rth等人报道了利用大模面积空气包层PCF研制的高功率PCFL,最大输出功率3.9W,斜率效率30%,实现了单横模运转[30]。2004年, C ry stal Fiber A/S公司利用三芯结构光子晶体光纤实现了激光输出,功率为260W。2005年,英国Bath大学A.Or tigo sa等人用200fs的泵浦脉冲在PCF中产生了超连续谱。2006年,闫培光等人制备出3.8W PCF拉曼激光器[31]。
3 主要应用领域
光纤激光器应用范围非常广泛,如光纤通信(包括空间远距通信)、工业加工(金属或非金属的打标、钻孔、切割、焊接)、军事国防、医疗器械、大型基础建设等。随着对光纤激光器研究的不断深入,其应用的范围不断扩展,实用化的步伐不断加快,其中在军事、工业、生物医学和通信领域的应用尤为突出。3.1 军事领域
窄线宽光纤激光器在军事领域的应用十分突出,尤其是高精度激光目标指示和超远距离测距技术。目前一般的商业激光测距仪的测量距离最远为10～20km,这是由于它的动态范围和测量敏感度限制所致,其性能无法满足军方ISR(情报、监视、侦察)综合平台的需求。基于频率调制连续波长技术原理,光库通讯研制出一种1550nm超窄线宽光纤激光器,能广泛应用于几百公里的激光目标指示和激光测距,从而大大降低了搭建IS R平台的成本。
另外,研制激光武器一直是军事领域中的焦点。据报道,2006年美国海军提出在10年内研制出一种100kW,机载光纤激光器吊舱。另据美国军事与航空航天电子网报道,美国空军研究人员于2007年开始探索先进光纤激光器系统的创新技术及方法。所以,光纤激光器极有可能成为未来武器级固态激光器系统的候选方案。
3.2 工业领域
光纤激光器在工业领域中已经成为金属和非金属切割、加工与处理的理想设备,其在激光打标、精密切割、激光焊接、精密打孔和激光测量等应用技术方面明显优于传统的固体或气体激光器。光纤激光器现已在汽车和船舶等制造业中大显身手。
3.3 生物医学领域
光纤激光器在生物医学领域中也得到了广泛的应用,如光相干层析技术、显微外科手术、皮肤美容等。在此方面的应用,美国处于世界领先地位。激光医疗设备不仅在美国获得广泛应用,而且大量出口。
3.4 通信领域
光纤激光器以其独特的优势带动了光纤通信的发展,是实现光孤子通信的关键技术。它不但可以实现连续的激光输出,而且还可以产生皮秒甚至飞秒的超短脉冲,能够实现高速、大容量和高质量的信息传输,为实现全光通信系统提供保障。
4 结束语
光纤激光器比传统的固体或气体激光器的结构更简单,体积更小巧。就像当年硅基晶片替代电子管产品一样,光纤激光器在激光领域必将掀起一场革命。
面对市场的需求,光纤激光器将会沿着高功率、窄线宽、大范围可调谐的方向发展,我们应该充分利用现有的技术条件,结合国外先进的科研技术,有针对性地研究开发出性能更好、功率更高的光纤激光器,以满足市场需求。光纤激光器的研究必将成为我国在激光产业未来发展方向上的一个重点。
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作者简介:
申人升(1978-),男,工程师,博士研究生,研究方向为光纤传感器件及光纤激光器。
E-mail:shjiank@https://www.360docs.net/doc/c23734021.html,
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IPG官方就光纤激光器问题解答
IPG官方问题解答 光纤激光器常见问题解答 1. 我现在使用的是灯泵浦YAG激光器，改用光纤激光器会给我带来哪些好处？ ?光纤激光器的电光转换效率高达28 %，而灯泵浦YAG激光只有1.5%～2% ?不用更换灯管，因而更加省钱：光纤激光器中使用了寿命长达10万小时的电信级单芯结半导体激光管 ?所有功率级的光斑大小和形状都是固定的 ?免维护或低维护 ?备件极少 ?风冷或基本不需要冷却 ?体积相当小 ?工作距离更长 ?不需要调整 ?无需预热，立即可用 2. 光纤激光器有质保服务吗？ 在业内，IPG提供的质保期最长：光纤激光器的标准质保期为购买后整2年时间，IPG最长可提供8年质保期，详情请与我们的销售人员联系。 3. 你们的竞争对手说你们的光纤激光器存在后向反射的问题，是真的吗？ 说这些话的人并不熟悉光纤激光器技术，如果传送光纤选择合适的话，我们的数千瓦功率低模光纤激光器不会发射后向反射问题。单模激光都很少出现这种问题。但是，如果后向反射太高的话，设备一旦检测到会自动关闭。使用隔离器也能消除该问题。IPG已经有无数的设备应用在铜和铝等高反光材料的切割和焊接领域。 4. 如何确定光斑大小？ 方法非常简单，对于光纤激光器而言，这是一个光纤输出在工件上成像的过程。光斑大小等于光纤直径乘以准直器的放大率和最终聚焦透镜直径。例如，如果光纤直径等于50μm，准直器的焦距等于60 ，最终聚焦透镜的焦距等于300mm，则最终光斑尺寸等于SS= 50x 300/60= 250微米。光纤直径、准直器、最终聚焦透镜可根据光斑大小要求进行调整。光斑大小不随额定功率的5% ～105%动态范围发生变化，对于单模激光器，在使用低阶模激光遮蔽装置时，光斑大小为高斯光束光斑。5. IPG最近为什么又推出了CO2激光器？ IPG最近推出了第一代CO2气体激光器，输出功率1 ～3 kW，光谱范围10.6μm。这款新的IPG CO2激光器的专利权属于IPG，与现在市面上传统的CO2 激光器相比效率更高、体积更小，非常适合处理非金属材料。 虽然光纤激光器在金属焊接、熔覆、烧结和钎焊等众多领域内正在逐步取代包括CO2激光器在内的传统激光器，但是像聚合物和有机材料等非金属材料使用10.6μm光谱范围的CO2气体激光器处理效果会更好。另外，无数的客户都表达了以更加现代的产品取代自己传统CO2激光器的兴趣。IPG希望随着这款经过改进的CO2激光器的推出能够满足这些客户的需要。 6. 为什么光纤激光器比固态和气体激光器效率更高？ 答案很简单――在设计上，光纤激光器产生的热量更少，对所产生热量的管理更为有效。掺镱半导体泵浦光纤激光器（泵浦波长980 nm）比掺钕YAG二极管泵浦激光器（泵浦波长808 nm）的量子亏损（即泵浦能量和发生能量之差）低。另外，光纤激光器的光光转换效率通常为70-80%，而泵浦YAG仅约为4%，半导体泵浦YAG和盘形激光器约为40%。由于激光始终被包含在光纤内，因而激光腔内不会存在其它导致激光损失的因素。 7. 如果我改用光纤激光器会节省多少成本？ 用户如果在生产中采用光纤激光器会节约相当大的成本，具体节约多少取决于用户的当前工艺、材料、生产环境、电气和劳动力成本。节约主要体现在以下方面: a. 电光转换效率更高：现有传统激光器技术的效率与光纤激光器是无法相比的。 类型电光转换效率
高功率光纤激光器发展概况
2009年第12 期 中文核心期刊 高功率光纤激光器发展概况 Survey of high-power fiber lasers ZHANG Jing-song (Electronic communications technology department, Shenzhen Institute of Information Technology,Shenzhen Guangdong 518029,China) Abstract :High-power fiber lasers have wide applications in the filed of optical communication,printing,marking,material processing,medicine etc.High-power fiber lasers may substitute conventional lasers large-ly,have new application of laser,broaden the scope of laser industry.The history and recent development of high-power fiber lasers home and aboard are surveyed.The prospect of high-power fiber lasers is discussed.Key words :high-power fiber laser,double-clad fiber,cladding pump 张劲松 （深圳信息职业技术学院电子通信技术系，广东深圳518029） 摘要：高功率光纤激光器以其优越的性能和超值的价格，在光通信、印刷、打标、材料加工、医疗等领域 有着广阔的应用，将会很大程度上替代传统激光器，并开辟一些新的激光应用领域，扩大激光产业的规模。概述国内外高功率光纤激光器的发展历史与现状。展望了高功率光纤激光器的发展前景。 关键词：大功率光纤激光器；双包层光纤；包层泵浦中图分类号：TN248 文献标识码：A 文章编号：1002-5561（2009）12-0008-03 0引言 从1960年第一台激光器（美国Maiman 等首先用红宝石晶体获得了激光输出）问世到现在近50年过去了，激光技术确如人们所期，渗入了各行各业：通信、生物技术、医学、印刷、制造、军事、娱乐业等。在某些领域，它已经成为不可替代的核心技术。但是激光产业规模还不够大，究其原因，不是人类不需要激光，而是传统激光器不好用：成本高、效率低、故障多。 光纤激光器的出现带来了扩大激光产业规模的希望。光纤激光器激光光束质量好，电-光转换效率高，输出功率大；所有的半导体器件及光纤组件都可以融接成一体，避免了元件的分立，可靠性得到极大提高。 1国外高功率光纤激光器发展概况 光纤激光器的最早有关研究可以追溯到20世纪 60年代初期，当时激光器刚刚出现不久，人们对激光 器的研究投入了极大热情，积极研制开发各种新型激光器。1961年，美国光学公司的E.Snitzer 等在光纤激 光器领域进行了开创性的工作，他们利用棒状掺钕（Nd 3+）玻璃波导获得了波长1.06μm 的激光。 20世纪70年代，光纤通信的研究开始起步，新兴 的光纤通信系统对新型光源的需求极大地刺激了激光器的研究工作。但由于人们的注意力集中到迅猛发展的半导体激光器技术上，以及光纤激光器自身的一些当时无法克服的困难，光纤激光器的研究逐渐沉寂下来。尽管如此，仍然取得了一些值得一提的成就。例如，1973年，J.Stone 等成功地研制出能够在室温下连续工作的掺钕光纤激光器，他们采用的半导体注入型激光器终端泵浦方式对以后实用型光纤激光器的研究具有重要的意义。 20世纪80年代，英国Southampton 大学的S.B.Poole 等用MCVD 法成功地制备了低损耗的掺钕和掺 铒光纤，因为掺铒光纤光纤激光器的激射波长恰好位于通信光纤的1.55μm 低损耗窗口，人们开始认识到光纤放大器和光纤激光器在提高传输速率和延长传输距离等方面无疑将给光纤通信带来一场革命。掺铒光纤放大器（EDFA ）得到了迅速的发展并成为一项成熟的应用技术。但是，光纤通信用的光纤激光器输出功率一般都是毫瓦级，一直以来只局限于光通讯等领域；同时由于巨大的行业差距，几乎无人把它与激光 收稿日期：2009-08-31。 作者简介：张劲松（1969-），男，博士，高工，现主要从事光纤激光器、放大器等方面的研究。 ⑧
2_m波段全光纤保偏被动锁模掺铥光纤激光器_曹丁象
第２６卷第９期强激光与粒子束Ｖｏｌ．２６，Ｎｏ．９ ２０１４年９月ＨＩＧＨ ＰＯＷＥＲ ＬＡＳＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩＣＬＥ ＢＥＡＭＳ Ｓｅｐ．，２０１４ ２μｍ波段全光纤保偏被动锁模掺铥光纤激光器＊ 曹丁象１，２，３， 张宝夫４， 王兴龙１ （１．光库通讯（珠海）有限公司，广东珠海５１９０８０； ２．天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津３０００７２； ３．解放军７５７３１部队，广东深圳５１８１１２； ４．中山大学物理科学与工程技术学院，广州５１０２７５） 摘 要： 报道了２μｍ波段的全光纤保偏锁模掺铥光纤激光器，通过在法布里－珀罗（Ｆ－Ｐ）腔内加入半导 体可饱和吸收镜做为被动锁模器件，采用主振－放大构型，获得了最高输出平均功率为１．０８Ｗ，重复频率为１０． ２４ＭＨｚ，脉冲宽度为１５．２４ｐｓ，中心波长为２０５４．６８ｎｍ，光谱宽度约为０．３ｎｍ的２μｍ线偏振激光脉冲输出， 激光脉冲的消光比为２４．１７ｄＢ。 关键词： 光纤激光器； 被动锁模； 半导体可饱和吸收镜； 掺铥光纤 中图分类号： ＴＮ２４８．１ 文献标志码： Ａ ｄｏｉ：１０．１１８８４／ＨＰＬＰＢ２０１４２６．０９１０１４ ２μｍ波段光纤激光器在军事对抗、医疗、先进制造业及光伏太阳能等产业中均有着广泛的应用需求［１－３］。在医疗方面，２μｍ波长高功率掺铥光纤激光器成为高精度外科手术的优良候选光源。在材料处理方面，２μｍ激光器在材料处理特别是塑料处理方面非常具有吸引力。激光传感和自由空间光通信方面，２μｍ激光波长是人眼安全的波长，该波长会被晶状体吸收而不会达到视网膜，对眼睛的损伤阈值比短波长更高，因此人眼安全的２μｍ波长激光器具有非常大的潜在市场。杨末强等研究了增益开关锁模２μｍ铥钬共掺光纤激光器［４］，该激光器腔内不需要锁模器件，结构简单、紧凑，但是输出功率受限于泵浦功率。王雄等研究了全光纤主动锁模２μｍ掺铥脉冲激光器［５］。基于半导体可饱和吸收体（ＳＥＳＡＭ）的锁模光纤激光器具有环境稳定性高、易于自启动等优点，其已经成为被动锁模的研究热点之一［６－８］。刘江等研究了全光纤结构ＳＥＳＡＭ被动锁模２．０μｍ掺铥光纤激光器［７］，得到了８ｎＪ的高能量ｐｓ脉冲，但是该激光脉冲为非偏振光。 本文采用ＳＥＳＡＭ作为激光锁模器件，双包层单模掺铥光纤（ＴＤＦ）作为激光增益介质，通过“全光纤嵌入结构”保偏、锁模掺铥光纤激光器的设计，实现了２μｍ波段ｐｓ激光脉冲偏振光输出。 １ 实验装置 掺铥双包层大模场光纤锁模激光器的实验装置如图１和图２所示。考虑到锁模激光脉冲的稳定性及ＳＥＳＡＭ的损伤问题，激光器采取了“种子源振荡器＋功率放大器”（ＭＯＰＡ）结构，首先通过主振荡器（ＭＯ）获得数十ｍＷ量级的锁模脉冲输出，然后经功率放大器（ＰＡ）将激光功率提升至目标功率水平。锁模掺铥光纤激光振荡器采用输出波长为７９３ｎｍ的半导体激光器作为泵浦源，其最大功率为５Ｗ。泵浦光通过泵浦合束器耦合进长度为２．１ｍ的１０／１３０μｍ（“／”符号前后分别代表芯径直径和内包层直径）的高掺杂浓度、双包层大模场掺铥光纤中。在增益光纤之后通过熔接３ｍ长的ＳＭＦ－２８光纤来增加激光器腔长，以调节锁模激光的重复频率，同时该光纤也起到了剥离残余泵浦光的作用。ＳＥＳＡＭ作为激光器系统的锁模元件，与另 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ，ｐａｓｓｉｖｅｌｙ ｍｏｄｅ－ｌｏｃｋｅｄ ｔｈｕｌｉｕｍ ｄｏｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ｓｅｅｄ ｌａｓｅｒ 图１ 保偏锁模掺铥光纤激光器种子源示意图 ＊收稿日期：２０１３－１２－１６； 修订日期：２０１４－０５－０７ 基金项目：广东省中国科学院全面战略合作项目（２０１０Ｂ０９０３０００６３）
激光打标机常见故障及解决方法
激光打标机常见故障及解决方法 一、现象1：激光打标机无激光输出 1、检查激光谐振腔光路是否出现偏移？检查方法为，打开激光打标机光路铝型材盖子将激光打标机按正常方法启动，并将电源电流调整到12A左右，关掉Q驱动器电源，用白色倍频片在半反射镜片前面看是否有绿色的激光输出，如果有，表示激光谐振腔工作正常，如果没有绿色激光输出，请重新调整光路的全反射镜片和半反射镜片，直到用白色倍频片看到绿色激光输出，并将激光电源电流调小后，在小电流下绿色激光点调整到越亮越大越好。 2、检查激光打标控制卡上的PWM信号与Q驱动器上的信号连线是否断开？从而导致出光信号无法输出，正常接线方法有两种：一种为公司自制Q驱，激光打标软件的驱动方式为,打标控制卡上的DB15针插头的第5脚和Q驱动器上的DB9针插头的第4脚；打标控制卡上的DB15针插头的第7脚和Q驱动器上的DB9针插头的第5脚。另一种是桂林星辰的Q驱动器，连接方式为打标控制卡上的DB15针插头的第5脚和Q驱动器上的DB15针插头的第1脚；打标控制卡上的DB15针插头的第7脚和Q驱动器上的DB9针插头的第9脚。解决方法：更换信号线或者重新焊接好原来信号线。 3、检查激光打标控制卡是否损坏？如果安装的是桂林星辰的Q驱动器，检查两路信号。A.激光输出信号激光打标控制卡上激光输出信号为DB15针插头的第1脚连接到Q驱动器DB15针插头的14脚。正常情况下，激光输出信号电压是：打标时为高电平，即打标时为5V，不打标时为0V。如果控制信号电压不对，即为激光打标控制卡损坏。信号。连接方法见上一条，不打标时控制卡第5脚和第7脚之间电压为0V，打标时的电压在0—5V之间，改变脉冲宽度后打标电压会有变化，加大脉冲宽度电压会上升，反之会下降。如果改变脉冲宽度电压没有变化则激光打标控制卡坏。如果安装的是自制Q驱动器则只要检查PWM信号即可。解决方法为：更换全新激光打标控制卡 4 检查激光打标软件的驱动方式是否正确？正确的驱动方式为：（1）如果激光打标机Q驱动器为白色星辰数字式Q驱动器，那么选择的软件驱动方式为时激光打标机才能正常输出激光，（2）如果激光打标机Q驱动器为我们公司自己生产的软件内控式Q驱动器，那么选择的软件驱动方式为时激光打标机才能正常输出激光，如果是软件Q驱动方式选择不正确，此时激光打标机便不会有激光输出，解决方法为：在电脑的程序文件的菜单下找到MarkingMate System软件，然后点击UTILITY,再进入驱动管理员Drv-Manager选择正确的驱动方式 5、检查电脑操作系统或电脑是否有故障？检查方法为：（1）首先检查电脑的；我的电脑（右键）-属性-硬件-设备管理器看是否有找到激光打标PCI控制卡，如果有问号，表示激光打标控制软件的控制卡驱动程序未安装好，因此无法输出打标出光信号，解决方法为:重新安
光纤激光切割机常见问题
光纤激光切割机常见问题 1.概述 三维光纤激光切割机是由专用光纤激光切割头、高精度电容式跟踪系统、光纤激光器以及工业机器人系统组成，对不同厚度的金属板材进行多角度、多方位柔性切割的先进设备。三维机器人激光切割机设备广泛应用于金属加工、机械制造及汽车零部件制造等对3D工件有加工需求的生产中。 2.三维光纤激光切割机器人 (1)三维激光切割原理激光通过激光器产生后，由反射镜传递并通过聚集镜照射到加工物品上，使加工物品(表面)受到强大的热能而温度急剧增加，使该点因高温而迅速的熔化或者汽化，配合激光头的运行轨迹从而达到加工目的。 (2)光纤的选择根据金属板材的厚度不同，选用不同的光纤激光器功率，三维切割光纤激光器的功率一般分200W、300W、400W、500W与1000W等多种规格;对不同功率的激光器配备不同的冷却系统，以保障激光器的正常工作。同时要根据机械臂的工作半径和加工工件的大小选定合适长度的操作光纤传输激光，以满足客户切割要求。 (3)辅助气体的要求三维光纤激光切割机采用的辅助气体是99.99%的氧气，这样对切割的精度、速度和切割的断面效果有很大的帮助。 3.三维光纤激光切割机器人的特点 (1)柔性高尤其适合小批量的三维钣金切割。 其高柔性主要表现在两个方面： 第一，对材料的适应性强，激光切割机通过数控程序基本可以切割任意板材。 第二，加工路径由程序控制，如果加工对象发生变化，只须修改程序即可，这一点在零件修边、切孔时体现得尤为明显。由于修边模、冲孔模对其他不同零件的加工无能为力，而且模具的成本高，所以目前三维激光切割有取代修边模、冲孔模的趋势。一般来说，三维机械加工的夹具设计及其使用比较复杂，但激光加工时对被加工板材不施加机械加工力，这使得夹具制作变得很简单。此外，一台激光设备如果配套不同的硬件和软件，就可以实现多种功能。 总之，在实际生产中，三维激光切割在提高产品质量、生产效率，缩短产品开发周期、降低劳动强度、节省原材料等方面优势明显。因此，尽管设备成本高、一次性投资大，国内还是有很多汽车、飞机生产厂家购进了三维激光加工机，部分高校也购进了相应设备进行科研，三维激光技术势必在我国制造业中发挥着越来越大的作用。 (2)光纤激光切割机器人优缺点第一，用工业机器人代替五轴机床，两者都能进行空间轨迹描述实现三维立体切割。工业机器人的重复定位精度比五轴机床稍低，约为±100μm，但这完全可以满足汽车钣金覆盖件和底盘行业的精度要求;而采用工业机器人大大降低了系统的成本造价，减少了耗电系统费用和系统运行维护费用，减少了系统的占地面积。 第二，光纤激光相比传统激光，具有更好的切割质量，更低的系统造价，更长的使用寿命和更低的维护费用，更低的耗电。关键是光纤激光器的激光可以通过光纤传输，方便与工业机器人连接，实现柔性加工。 第三，本系统唯一的缺陷是只能加工金属工件，不能加工非金属工件。这是因为本系统采用的是光纤激光，其波长为1064nm，相对于波长为10640nm的CO2激光，不易为非金属材料所吸收。
光纤激光器的原理及应用
光纤激光器的原理及应用 张洪英 哈尔滨工程大学理学院 摘要：由于在光通信、光数据存储、传感技术、医学等领域的广泛应用，近几年来光纤激光器发展十分迅速，且拥有体积小、重量轻、检测分辨率高、灵敏度高、测温范围宽、保密性好、抗电磁干扰能力强、抗腐蚀性强等明显优势。本文简要介绍了光纤激光器的基本结构、工作原理及特性，并对目前几种光纤激光器发展现状及特点做了分析，总结了光纤激光器的发展趋势。 关键词：光纤激光器原理种类特点发展趋势 1引言 对掺杂光纤作增益介质的光纤激光器的研究20世纪60年代，斯尼泽(Snitzer)于1963年报道了在玻璃基质中掺激活钕离子(Nd3+)所制成的光纤激光器。20世纪70年代以来，人们在光纤制备技术以及光纤激光器的泵浦与谐振腔结构的探索方面取得了较大进展。而在20世纪80年代中期英国南安普顿大学掺饵(EI3+)光纤的突破，使光纤激光器更具实用性，显示出十分诱人的应用前景[1]。 与传统的固体、气体激光器相比，光纤激光器具有许多独特的优越性，例如光束质量好，体积小，重量轻，免维护，风冷却，易于操作，运行成本低，可在工业化环境下长期使用；而且加工精度高，速度快，寿命长，省能源，尤其可以智能化，自动化，柔性好[2-3]。因此，它已经在许多领域取代了传统的Y AG、CO2激光器等。 光纤激光器的输出波长范围在400~3400nm之间,可应用于：光学数据存储、光学通信、传感技术、光谱和医学应用等多种领域。目前发展较为迅速的掺光纤激光器、光纤光栅激光器、窄线宽可调谐光纤激光器以及高功率的双包层光纤激光器。 2光纤激光器的基本结构与工作原理 2.1光纤激光器的基本结构 光纤激光器主要由三部分组成：由能产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和可使激光介质处于受激状态的泵浦源装置。光纤激光器的基本结构如图2.1所示。
掺铥光纤激光器
掺铥光纤激光器 1、掺铥光纤激光器 掺铥光纤激光器的光谱可调谐范围更宽（~1600 nm-2200 nm），该波段处于人眼安全波段且包含了1940 nm附近的水吸收峰，对组织的穿透深度浅，且还包含几个大气窗口及特殊气体的吸收峰。与同时处于人眼安全波段掺铒或铒镱共掺1550 nm激光器相比，掺铥光纤激光器的光光转换效率可达60%以上；且位于铥离子吸收带的790 nm半导体激光器技术成熟，可提供高功率泵浦源；此外，此波段泵浦时，量子转换效率为200%。掺铥基质为石英光纤，也容易实现高功率输出。 对于掺铥光纤激光器的研究，连续输出已达千瓦量级，如：飞秒150 W的功率输出，皮秒也达到百瓦的输出功率水平，相比之下，单脉冲能量较高的纳秒量级脉冲输出平均功率较低，且多数为空间泵浦结构，最高仅为110 W。793 nm 半导体泵浦激光器的输出功率已达数百瓦，所以掺铥光纤激光器的输出功率可更高。且与掺镱光纤激光器相比，掺铥光纤激光的受激布里渊散射和受激拉曼散射的产生阈值要高4倍以上，光纤端面的损伤阈值也高出近10倍，在高功率输出方面优势更加明显。目前高功率、可调谐掺铥光纤激光器正处于研究的热点。 2、研究进展 (1)、纳秒脉冲掺铥光纤激光器研究进展（主动调Q）： 输出参数 （脉冲能量/功率、斜率效率/重频、脉宽） 是否 全光纤结构 研究单位 4 W，4 kHz，130 ns 否加拿大信息技术研究12.3 W，100 kHz，4 5 ns 否法德研究所 33 W，13.9 kHz，15 ns 否耶拿大学应用物理研究所52 W，50 kHz，822 ns 是新加坡南洋理工大学 (2)、皮秒/飞秒脉冲掺铥光纤激光器研究进展（锁模）： 平均功率，重复频率，脉宽，实现方式 是否 全光纤结构 研究单位 3.1 W，100 MHz，108 fs，CPA 否美国IMRA公司5.4 W，100 kHz，300 fs，SESAM/CPA 是美国PolarOnyx公司 7 W，2 MHz，33 ps，电流调制否英国南安普顿大学 152 W，49.1MHz，~700 fs，CPA 否德国耶拿大学
光纤激光器 特点 分类
光纤激光器特点分类 光纤激光器分类特点 光纤激光器是指以光纤为基质掺入某些激活离子作做成工作物质,或者是利用光纤本身的非线性效应制作成的一类激光器.Nd2o3的光纤激光器是于1963年首先研制成功。 光纤激光器是一种新颖的有源光纤器件。它的主要特点是： （1）光纤的芯径很细（10-15um），光纤内易形成的泵浦光功率密度，且单摸状态下激光与泵浦光可充分耦合，因此光纤激光器的能量转换效率高，激光阀值低； （2）工作物质可以做的很长，因此可获得很高的总增益； （3）腔镜可直接镀在光纤端面，或采用定向耦合起方式构成谐振腔，且由于光纤具有良好的柔绕性，而可以设计成相当紧凑的激光器构型； （4）光纤基质具有很宽的荧光光谱，并且还具有相当多的可调参数和选择性，因此，光纤激光器可以获得相当宽的调谐范围和好积的单色性。 光纤激光器的类型 按照光纤材料的种类，光纤激光器可分成一下几种类型： 一：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；二：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； 三：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；四：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。 光纤激光器的迅速发展是基于近年来的光纤技术{拉晶体光纤技术、稀土掺杂光纤技术、单摸低损耗光纤和光纤耦合技术等}和大功率半导体激光技术的突破性进展。特别是采用半导体激光二极管（ld）作为泵浦源，以其小体积和高效率为光纤激光器的实用化奠定了基础。 目前，光纤激光器已进入实用化阶段，已见有连续输出功率几千瓦，峰值功率几万千瓦。 半导体激光器 半导体激光器又称激光二极管(LD)。进入八十年代，人们吸收了半导体物理发展的最新成果，采用了量子阱(QW)和应变量子阱(SL-QW)等新颖性结构，引进了折射率调制Bragg发射器以及增强调制Bragg发射器最新技术，同时还发展了MBE、MOCVD及CBE等晶体生长技术新工艺，使得新的外延生长工艺能够精确地控制晶体生长，达到原子层厚度的精度，生长出
2019年中国光纤激光器行业市场现状及发展前景研究报告
2019年中国光纤激光器行业市场现状及发展前景研究报告随着光纤激光器突破了传统激光器在功率、效率和性能方面的瓶颈，逐步替代气和普通固体激光器，光纤激光技术的发展和下游行业需求的增加，光纤激光器市场规模保持快速增长。随着光纤激光器技术逐渐成熟以及下游行业市场需求不断增加，数据显示，2018年中国光纤激光器出货量已突破10万台。 工业自动化生产的推进和激光器功率的提升，光纤激光器在工业领域的应用快速渗透，高功率连续光纤激光器稳定性快速提升，应用领域迅速扩大，光纤激光器在工业领域的应用将进一步扩大，整体市场空间将稳定增长，预计2019年中国光纤激光器出货量将进一步增长，有望突破14万台。 基于此，中商产业研究院长期关注中国光纤激光器市场，针对当前光纤激光器情况以及光纤激光器的发展前景，特别推出了《2019中国光纤激光器行业市场前景研究报告》，通过案例分析，为从事光纤激光器产业的从业人员提供了参考方案。 《2019中国光纤激光器行业市场前景研究报告》主要围绕中国光纤激光器行业概况；光纤激光器发展背景；光纤激光器现状；行业相关企业以及光纤激光器行业未来发展前景等五个章节展开，通过对当前中国光纤激光器的分类别划分诊断，总结光纤激光器发展现状，从而预提出当前行业的发展前景。
PART 1光纤激光器的概况 据中商产业研究院分析，光纤激光器是指利用掺稀土元素的玻璃光纤作为增益介质的激光器。光纤激光器一般用光纤光栅作为谐振腔，泵浦源作为泵浦源，泵浦光从合束器耦合进入增益光纤，在包层内多次反射穿过掺杂纤芯，选择合适的光纤长度和掺杂离子浓度可以实现对泵浦光的充分吸收，形成粒子数反转并输出激光。
中红外光纤激光器
中红外光纤激光器 摘要 位于2~5μm中红外波段的激光在国防、医疗、通信方面有着特殊的 重要应用。利用固体激光器泵浦稀土离子掺杂的玻璃光纤产生荧光发射是 直接获得2～5 μm 波段中红外激光的有效途径，具有光束质量好、体积 小、转换效率高、散热效果好等优点。本文介绍了中红外光纤激光器的原 理、研究现状和发展前景。对中红外光纤激光器的发展和研究方向进行了 阐述。 关键词：中红外；光纤激光器；稀土离子；硫化物光纤；氟化物光纤 一、中红外光纤激光器简介 1.1 中红外激光 位于2~5μm中红外波段的激光在国防、医疗、通信方面有着特殊的重 要应用。它位于大气“透明窗口”,处于大多数军用探测器的工作波段, 可 以进行战术导弹尾焰红外辐射模拟、人眼安全的激光雷达、激光定向红外 干扰等军事用途。在民用领域可用于遥感化学传感、空气污染控制，它还 可以用于新一代激光手术,使血液迅速凝结,手术创面小、止血性好（水分 子在3μm附近有很强的吸收峰）此外，采用2～5 μm 替代目前广泛使用 的1.55 μm 作为光纤通信工作波长也是一项极具研究价值的课题，由于 材料的Rayleigh 散射与光波长的四次方成反比，采用2～5 μm 作为工 作波长可以有效降低光纤损耗，增加无中继通信的距离。因此，研发中 红外波段的激光器对于国家安全和国民经济建设具有十分重要的意义。 获得中红外激光的方法有间接方法和直接方法。其中间接方法包括： (1) CO2激光器的倍频及差频输出 (2) 利用非线性红外晶体采用非线性频率变换或光学参量振荡技术 将其它波段激光调谐到中红外波段 直接方法包括： (1)以氟化氘等为介质的化学激光器 (2) 以AlGaAsSb，InGaAsSb，InAs/(In)GaSb 等锑化物窄禁带半导 体、过渡金属离子掺杂的Ⅱ–Ⅵ族半导体制作的中红外激光器 (3)近红外半导体激光泵浦的稀土离子或过渡金属离子掺杂的玻璃、
分布反馈式半导体激光器
分布反馈式半导体激光器 半导体激光器及其应用调研报告课程题目分布反馈式半导体激光器在实际工程系统中的应用学院光电技术学院班级电科一班姓名李俊锋学号2010031029 任课教师张翔2013年 5 月15 日分布反馈式半导体激光器在实际工程系统中的应用李俊锋2010031029 摘要：DFB (Distributed Feed Back) DFB型光发射机，分布反馈半导体激光器因其波长的扩展、高功率激光阵列的出现以及可兼容的激光导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展、半导体激光器体积小、重量轻、成本低、波长可选择，其应用范围遍及的领域越来越宽广，其的出现带来了巨大的变化，使科技更发达，
人们生活更加丰富多彩，应用范围遍及医学、科技、航天交通，通信等各个领域。自从1962 年世界上第一台半导体激光器(Diode Laser)发明问世以来, 于其体积小、重量轻、易于调制、效率高以及价格低廉等优点, 被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一. 四十几年来半导体激光器逐步应用在激光唱机、光存储器、激光打印机、条形码解读器、光纤电信以及激光光谱学中, 不断扩大应用范围, 进入了一些其它类型激光器难以进入的新的应用领域。关键字:DFB、工作波长、边模抑制比、阈值电流、输出光功率一、分布反馈式半导体激光器简介1、分布反馈式半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件.其工作原理是,通过一定的激励方式,在半导体物质的能带之间,或者半导体物质的能带与杂质能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发
射作用.半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式,光泵式和高能电子束激励式.电注入式半导体激光器,一般是GaAS,InAS,Insb等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射.光泵式半导体激光器,一般用N型或P型半导体单晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物质,以其他激光器发出的激光作光泵激励.高能电子束激励式半导体激光器,一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质,通过外部注入高能电子束进行激励.在半导体激光器件中,目前性能较好,应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器。DFB( Distributed Feedback Laser)，即分布式反馈激光器，其不同之处是内置了布拉格光栅，属于侧面发射的半导体激光器。目前，DFB激光器主要以半导体材料为介质，包括锑化镓、砷化镓、磷化铟、硫化锌等。DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性，它
被动调Q锁模掺镱光纤激光器
第33卷 第8期2006年8月 中 国 激 光 C H IN ESE J OU RNAL O F L ASERS Vol.33,No.8 August ,2006 文章编号:025827025(2006)0821021204被动调Q 锁模掺镱光纤激光器 甘 雨1,2,向望华1,2,周晓芳1,2,张贵忠1,2,张 喆1,2,王志刚 1,2 (天津大学1精密仪器与光电子工程学院, 2 教育部光电信息技术科学重点实验室,天津300072) 摘要 报道了基于偏振旋转技术等效快可饱和吸收体的被动调Q 锁模光纤激光器,采用976nm 半导体激光器作为抽运源,高掺杂浓度的Yb 3+光纤作为增益介质构成环形腔,通过调节抽运光功率和偏振控制器的角度得到了调 Q ,调Q 锁模与锁模三种稳定的输出脉冲。获得的锁模脉冲中心波长为1.05μm ,重复频率为20M Hz ,脉冲光谱宽 度为13.8nm ,抽运功率为270mW 时,锁模平均输出功率为15.82mW ;调Q 频率为17.54k Hz ,调Q 脉冲宽度为 8μs ,光谱宽度为4.7nm ;调Q 锁模中调Q 重复频率为300k Hz 。 关键词 激光器;调Q;锁模;偏振旋转;Yb 3+光纤激光器中图分类号 TN 248.1 文献标识码 A Passive Q 2Switching and Modelocking Yb 3+2Doped Fiber Laser GAN Yu 1,2,XIAN G Wang 2hua 1,2,ZHOU Xiao 2fang 1,2,ZHAN G Gui 2zhong 1,2,ZHAN G Zhe 1,2,WAN G Zhi 2gang 1,2 1 College of Precision I nst rument and O ptoelect ronics Engineering , 2 Key L aboratory of O ptoelect ronics I nf ormation and Technical S cience (M inist ry of Education ),Tianj in Universit y ,Tianj in 300072, China Abstract An all fiber laser based upon nonlinear polarization rotation as an effective fast saturable absorber for mode 2locking is reported.The absorber can act as passive Q 2switching and modelocking.The ring laser with a highly Yb 3+2doped fiber as the gain medium ,pumped by a semiconductor laser of 976nm wavelength ,can operate in three different stable regimes by proper adjustments of pump power and polarizer orientations :Q 2switched ,Q 2switched mode 2locked and continuous wave (CW )mode 2locked.The center wavelength of the CW mode 2locked pulse is 1.05μm with a f ull width at half maximum (FW HM )spectrum of 13.8nm ,the pulse repetition rate is 20M Hz ,and an average output power is 15.82mW with 270mW pump power.In Q 2switched regime ,the laser generates 8μs duration pulses of 4.7nm FW HM spectrum at a repetition rate of 17.54k Hz.The Q 2switched repetition rate is 300k Hz in Q 2switched mode 2locked regime.K ey w ords lasers ;Q 2switched ;mode 2locked ;polarization rotation ;Yb 3+fiber laser 收稿日期:2005212201;收到修改稿日期:2006202227 基金项目:天津市科委基金(043601011)和高等学校博士学科点专项科研基金(20050056004)项目资助。 作者简介:甘 雨(1978— ),男,黑龙江牡丹江人,天津大学精密仪器与光电子工程学院博士研究生,主要从事超短脉冲激光器和超高速光通信的研究。E 2mail :rainmangy @https://www.360docs.net/doc/c23734021.html, 导师简介:向望华(1947— ),男,湖南溆浦人,天津大学精密仪器与光电子工程学院教授,博士生导师,目前研究方向为光电子技术、超快激光与光通信技术方面的研究。E 2mail :wanghuaxiang @https://www.360docs.net/doc/c23734021.html, 1 引 言 稳定、低噪声的超短脉冲光源在超快光谱学、多光子显微学、超快生物学和光通信等领域具有很重要的应用价值。锁模光纤激光器以其结构紧凑、小型化、成本低、易于实现全固化等优良的性能有望在许多应用中替代传统的固体锁模激光器。基于以上的特点,在过去的10年中,锁模光纤激光器得到了 极大的发展,大量的研究工作主要围绕掺铒光纤和 掺钕光纤进行[1～3]。近年来,同其他掺杂粒子相比,以镱元素作为增益粒子的掺镱光纤具有高的量子效率,没有基态和激发态吸收,长的上能级寿命,宽的吸收谱,在915nm 和976nm 处具有吸收峰,高掺杂时无浓度淬灭,便于半导体激光器抽运等优点,将取代掺钕光纤,成为1μm 波段的主要工作物质。在超
关于激光器研究(文献综述)
关于锁模光纤激光器的研究 前言 激光器，顾名思义，即是能发射激光的装置。1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围，1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后，激光器的种类就越来越多。按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。近来还发展了自由电子激光器，大功率激光器通常都是脉冲式输出。2004 年，Idly 提出了一种自相似脉冲光纤激光器，同时为这种光纤激光器建立了一种数值模型。模型中采用非线性薛定谔方程（NLSE）描述脉冲在正色散光纤中的传输，引入了一个与脉冲强度相关的透过率函数将NPE 锁模机理等效成快速可饱和吸收体（SA）的作用0 模拟发现这种激光器输出的脉冲具有抛物线的形状和线性啁啾，能量可高达10nJ。随着自相似脉冲在实验上的实现，自相似锁模光纤激光器迅速成为超短光脉冲领域的研究热点。用Idly 模型对自相似锁模光纤激光器的研究不断取得新的进展。在此我将对激光和激光器的原理和基于原理而做出的进一步的相关研究（如被动锁模光纤激光器）做一个大致的探讨。
主题 激光器的原理 非线性偏振旋转被动锁模环形腔激光器的结构如图1所示, 激光器由偏振灵敏型光纤隔离器、波分复用器、偏振控制器、输出藕合器、掺yb3+光纤组成。其工作原理为从偏振灵敏型光纤隔离器输出的线偏振光,经过偏振控制器PCI(1/4 λ波片)后变为椭圆偏振光, 此椭圆偏振光可看成两个频率相同、但偏振方向互相垂直的线偏振光的合成, 它们在掺yb3+增益光纤中藕合传输时, 经过光纤中自相位调制和交叉相位调制的非线性作用, 产生的相移分别为 其中n1x 、n1y分别为yb3+光纤沿X、Y方向的线性折射率, n2、l分别为该光纤的非线性折射率系数和长度。 由于两线偏振光的相位差（ΔΦ=Φx-Φy）, 与两偏振光的光强有关, 适当调整光纤偏振控制器PC2（1/4 λ波片 +1/2 λ波片）, 使两偏振光中心
分布反馈式半导体激光器
半导体激光器及其应用调研报告 课程题目分布反馈式半导体激光器 在实际工程系统中的应用 学院光电技术学院 班级电科一班 姓名李俊锋 学号 2010031029 任课教师张翔 2013年 5 月 15 日
分布反馈式半导体激光器在实际工程系统中的应用 李俊锋2010031029 摘要：DFB (Distributed Feed Back) DFB型光发射机，分布反馈（激光器）半导体激光器因其波长的扩展、高功率激光阵列的出现以及可兼容的激光导光和激光能量参数微机控制的出现而迅速发展、半导体激光器体积小、重量轻、成本低、波长可选择，其应用范围遍及的领域越来越宽广，其的出现带来了巨大的变化，使科技更发达，人们生活更加丰富多彩，应用范围遍及医学、科技、航天交通，通信等各个领域。自从1962 年世界上第一台半导体激光器(Diode Laser)发明问世以来, 由于其体积小、重量轻、易于调制、效率高以及价格低廉等优点, 被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一. 四十几年来半导体激光器逐步应用在激光唱机、光存储器、激光打印机、条形码解读器、光纤电信以及激光光谱学中, 不断扩大应用范围, 进入了一些其它类型激光器难以进入的新的应用领域。 关键字:DFB、工作波长、边模抑制比、阈值电流、输出光功率 一、分布反馈式半导体激光器简介 1、分布反馈式半导体激光器是以一定的半导体材料做工作物质而产生受激发射作用的器件.其工作原理是,通过一定的激励方式,在半导体物质 的能带之间,或者半导体物质的能带与杂质能级之间,实现非平衡载流子的粒子数反转,当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时,便产生受激发射作用.半导体激光器的激励方式主要有三种,即电注入式,光泵式和高 能电子束激励式.电注入式半导体激光器,一般是由GaAS,InAS,Insb等材料制成的半导体面结型二极管,沿正向偏压注入电流进行激励,在结平面区域产生受激发射.光泵式半导体激光器,一般用N型或P型半导体单晶(如GaAS,InAs,InSb等)做工作物质,以其他激光器发出的激光作光泵激励.高 能电子束激励式半导体激光器,一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS,CdS,ZhO等)做工作物质,通过由外部注入高能电子束进行激励.在半导体激光器件中,目前性能较好,应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器。DFB( Distributed Feedback Laser)，即分布式反馈激光器，其不同之处是内置了布拉格光栅（Bragg Grating），属于侧面发射的半导体激光器。目前，DFB激光器主要以半导体材料为介质，包括锑化镓、砷化镓、磷化铟、硫化锌等。DFB激光器最大特点是具有非常好的单色性（即光谱纯度），它的线宽普遍可以做到1MHz以内，以及具有非常高的边摸抑制比（SMSR），目前可高达40-50dB以上。 2、分布反馈式半导体激光器的主要参数：a.工作波长：激光器发出光谱的中心波长。b.边模抑制比：激光器工作主模与最大边模的功率比。 c.-20dB光谱宽度：由激光器输出光谱的最高点降低20dB处光谱宽度。 d.阈值电流：当器件工作电流超过阈值电流时激光器发出相干性很好的激光。 e.输出光功率：激光器输出端口发出的光功率。
光纤激光器论文
激光器件与技术期中论文 光纤激光器浅谈浅谈光纤激光器以及我国光纤激光器研究现状
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光纤激光器的原理、特点、应用及其发展前景。 关键词：光纤激光器应用扩展发展前景 abstract: Fiber laser as a light source in the field of optical communication has been widely used, and as the dual-protection layer of high-power fiber lasers appear, its application is toward to the laser processing, laser ranging, laser radar, laser art of imaging, security and bio-medical laser rapid expansion of a wider area. The following article outlines the principles of fiber lasers, characteristics, applications and prospects for development. Keywords: fiber laser applications development prospects.