光纖激光器是指以光纖為基質(zhì)摻入某些激活離子作做成工作物質(zhì),或者是利用光纖本身的非線性效�(yīng)制作成的一�(lèi)激光器,光纖激光器可在光纖放大�的基�(chǔ)上開(kāi)�(fā)出來(lái):在泵浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密�,造成激光工作物�(zhì)的激光能�(jí)“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)�,當(dāng)適當(dāng)加入正反饋回路(�(gòu)成諧振腔)便可形成激光振蕩輸��
早在 20 世紀(jì) 60 年代 ,摻稀土元素光纖激光器伴隨著激光技�(shù)的研究得以發(fā)� ,但受早期光纖損耗太大的限制 ,光纖激光器的研究�(jìn)展相�(duì)緩慢。直� 80 年代光纖通信才得以迅猛發(fā)� ,特別是英�(guó)南安普敦大學(xué)用金屬化�(xué)汽相沉積(MCVD)法制成低損耗的摻鉺光纖 ,而摻鉺光纖激光器激射波�(zhǎng)恰好位于光通信的低損耗窗� ,隨著摻鉺光纖放大�( EDFA)在光通信中地位的不斷提高 ,才使光纖激光器再次受到世界各國(guó)的普遍關(guān)� ,從而得到迅速發(fā)展且在通信�(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用�
為了�(mǎn)足增大通信容量的需� ,目前人們主要采用時(shí)分復(fù)用技�(shù)( TDM)�(lái)增加單信道碼� ,采用波分�(fù)用技�(shù)(WDM)�(lái)增加原有光纖系統(tǒng)的通信信道。其� ,以摻雜光纖為基質(zhì)的光纖激光器不僅能夠�(chǎn)生連續(xù)激光輸� ,而且能夠?qū)崿F(xiàn)皮秒(ps)甚至飛秒(f s)超短光脈沖的�(chǎn)生。光纖激光器在降低閾�� 振蕩波長(zhǎng)范圍� 波長(zhǎng)可調(diào)諧性等方面已取得了�(zhǎng)足�(jìn)� ,是目前光通信�(lǐng)域中的新興技�(shù)。它可以利用�(xiàn)有的通信系統(tǒng)支持更高的傳輸速率和帶� ,是未�(lái)高碼率密集波分復(fù)用系�(tǒng)和相干光通信的基�(chǔ) ,并在未來(lái)通信�(lǐng)域中起著不可替代的作��
一般的光纖激光器大多是在光纖放大器的基礎(chǔ)上發(fā)展起�(lái)的。它用摻稀土元素的光纖 ,加上一�(gè)恰當(dāng)?shù)姆答仚C(jī)制便形成了光纖激光器(如圖1所�) 。摻稀土元素的光纖充當(dāng)光纖激光器的增益介�(zhì)。在光纖激光器中有一根非常細(xì)的光纖纖� ,由于外泵浦光的作� ,在光纖內(nèi)很容易形成高功率密度 ,從而引起激光工作物�(zhì)能級(jí)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn) ,�(dāng)適當(dāng)加入反饋�(jī)� ,很容易從纖芯輸出激�。但� ,早期的光纖激光器是將泵浦光直接耦合�(jìn)入直徑小� 10 μm 的單模光纖纖� ,其耦合效率� ,�(dǎo)致光纖激光器的輸出功率較� ,一般輸出毫瓦量�(jí)。對(duì)于大多數(shù)�(yīng)用領(lǐng)� ,更需要瓦�(jí)的光功率輸出。雙包層光纖的發(fā)明解決了這一難題�
雙包層光纖由纖芯� �(nèi)包層� 外包層和保護(hù)層組�(如圖 2 所�) 。纖芯是摻稀土元素的單模光波�(dǎo) ,�(nèi)包層是橫向尺寸和�(shù)值孔徑比纖芯大得�� 折射率比纖芯小的多模光波�(dǎo) ,外包層是折射率比�(nèi)包層小的聚合� ,最外層是由硬塑料等材料�(gòu)成的保護(hù)�。雙包層光纖與普通光纖的區(qū)別在于泵浦光耦合�(jìn)入內(nèi)包層而并非纖� ,泵浦光在�(nèi)包層中傳� ,反復(fù)穿越纖芯被摻雜介�(zhì)吸收 ,從而使纖芯中傳播的光比例增� ,顯著提高了耦合效率和入纖泵浦功� ,耦合效率可達(dá) 90 %以上。雙包層光纖的研制為瓦級(jí)甚至更高功率單模光纖激光器的實(shí)�(xiàn)奠定了堅(jiān)�(shí)的基�(chǔ)�
與半�(dǎo)體激光器相比 ,光纖激光器的優(yōu)�(shì)主要體現(xiàn)�:
(1)可以將稀土離子吸收光譜對(duì)�(yīng)的高功率、低亮度� 廉價(jià)的多� LD 光通過(guò)泵浦雙包層光纖結(jié)�(gòu) ,�(shí)�(xiàn)高亮�� 衍射受限的單模激光輸�;
(2)光纖作為圓柱形波�(dǎo)介質(zhì) ,纖芯直徑� ,纖內(nèi)易形成高功率密度 ,從而引起激光工作物�(zhì)能級(jí)的粒子數(shù)反轉(zhuǎn) ,�(gòu)成的激光器具有激光閾值低� �(zhuǎn)換效率高� 光束�(zhì)量好等特�(diǎn);
(3)光纖�(jié)�(gòu)具有很高� “表面積/體積� � ,因而散熱效果好�(wú)需龐大的水冷系�(tǒng) ,只需�(jiǎn)單的�(fēng)冷即�;
(4)光纖具有很好的柔繞� ,激光器可設(shè)�(jì)得相�(dāng)小巧靈活 ,易于系統(tǒng)集成 ,同時(shí)可在惡劣�(huán)境下工作 ,適合于野外施�;
(5)光纖激光器的激射波�(zhǎng)取決于摻稀土離� ,不受泵浦波長(zhǎng)的限� ,所以可以通過(guò)摻雜不同稀土離子在 0. 38�4 μm 范圍�(nèi)�(shí)�(xiàn)激光輸� ,波長(zhǎng)選擇容易且可�(diào)� ,這對(duì)DWDM 系統(tǒng)具有非常重要的意�;
(6)光纖輸出與現(xiàn)有通信光纖很匹� ,易于耦合且效率高 ,可形成傳輸光纖與有源光纖一體化 ,是實(shí)�(xiàn)全光通信的基�(chǔ)�
1� 增益介質(zhì)的表面積/體積比大
光纖激光器采用光纖做增益介�(zhì),具有很大的表面�/體積比,這使其具有非常好的散熱性能,因此,即使非常高功率的光纖激光器,增益介�(zhì)也不�(huì)受到熱損�,一般無(wú)需�(duì)增益介質(zhì)采取特別的散熱措�,而其他種�(lèi)的激光器,增益介�(zhì)的散熱問(wèn)題是需要重�(diǎn)考慮�,因此,該特�(diǎn)是光纖激光器所�(dú)有的�
2� �(yōu)異的雙波�(dǎo)限制�(jī)�
高功率光纖激光器采用雙包層有源光�,這種雙包層光纖是一種雙波導(dǎo)�(jié)�(gòu),高功率的多模泵浦光被限制在直徑較大的內(nèi)包層中傳�,為采用高功率廉�(jià)的多模泵浦光提供了條�,信�(hào)激光在直徑很小的具有圓�(duì)�(chēng)波導(dǎo)�(jié)�(gòu)的纖芯中�(chǎn)生和傳輸,在小芯徑纖芯波�(dǎo)的限制下,信�(hào)激光可獲得理想的光束質(zhì)量和極小的出光光斑直�,這是光纖激光器�(dú)具吸引力的重要特�(diǎn),在高功率激光器�,目前還�(méi)有一種激光器能夠超越。優(yōu)異的光束�(zhì)量和極小的出光光斑直徑在激光應(yīng)用中具有非常重要的意義,可使后續(xù)�(yīng)用設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)更簡(jiǎn)�,體積更小,工作距離更長(zhǎng),激光聚焦光斑更�,工作效率更高,加工深度更深,加工質(zhì)量更好等等�
3� 固有的全封閉柔性光�
光纖激光器的光路全部由光纖和光纖元件構(gòu)�,光纖和光纖元件之間采用光纖熔接技�(shù)連接,整�(gè)光路完全封閉在光纖波�(dǎo)�。這種天然的全封閉性光路一旦形成,�(wú)需另加隔離措施即可自成體系,實(shí)�(xiàn)與外界環(huán)境的隔離。由于光纖細(xì)小并具有很好的柔�,光路可�(pán)繞和沿細(xì)小的管道穿行,因此,光纖激光器能夠在比較惡劣的�(huán)境下工作,輸出光可穿�(guò)狹小的縫隙或沿細(xì)小的管道�(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。這些特點(diǎn)在工�(yè)�(yīng)用中�(yōu)�(shì)巨大,激光器不但能適�(yīng)比較惡劣的工作環(huán)�,而且可使激光器�(yuǎn)離出光點(diǎn),可將激光引入到以前很難到達(dá)的地�,可非常容易移動(dòng)和改變出光點(diǎn),實(shí)�(xiàn)多加工點(diǎn)共用一�(tái)激光器,可使激光加工設(shè)備的�(shè)�(jì)具有更高的靈活性等等�
4� 光路具有免維�(hù)特�
如前所�,光纖激光器的光路全部由光纖和光纖元件構(gòu)成,光纖和光纖元件之間采用光纖熔接技�(shù)連接,因此,光路一旦完�,即形成一�(gè)整體,實(shí)踐證�,這樣形成的連接�(jié)�(gòu)和連接參數(shù)將長(zhǎng)期保持穩(wěn)�,如果光纖和光纖元件本身能有�(zhǎng)期穩(wěn)定�,整�(gè)光路將長(zhǎng)期穩(wěn)�,無(wú)需維護(hù)。需要特別指出的是,這種免維�(hù)的特性并非不可維�(hù)和維�,在需要的情況下,整�(gè)光路的維�(hù)和維修同樣可以�(jìn)�,因�,與氣體和固體等激光器需要頻繁的維護(hù)和維修相比,光纖激光器光路的免維護(hù)特性異常優(yōu)�,而與半導(dǎo)體激光器的不可維修性相比,光纖激光器的可維護(hù)性和可維修性又表現(xiàn)出明顯的�(yōu)�(shì)�
5� 單條寬發(fā)光區(qū)�(zhǎng)壽命多模泵浦激光器
光纖激光器的光路具有長(zhǎng)期的�(wěn)定�,因此,需要與之匹配的�(zhǎng)壽命泵浦激光器才能獲得整機(jī)的長(zhǎng)壽命。發(fā)展低�(jià)格的�(zhǎng)壽命多模泵浦激光器是發(fā)展長(zhǎng)壽命光纖激光器的重�(diǎn)。單條寬�(fā)光區(qū)多模泵浦激光器就是根據(jù)這一理念而設(shè)�(jì)的一種長(zhǎng)壽命半導(dǎo)體泵浦激光器,其條寬一般取100mm,基本上已接�105/125多模光纖的纖芯直徑,其有源區(qū)條寬是列陣半�(dǎo)體激光器的幾十�,對(duì)單一�(fā)光條�(lái)�(shuō),同樣輸出功率和同樣注入電流情況�,其光功率密度和電流密度將降低幾十�,有源區(qū)溫度也會(huì)有所降低,在忽略其他因素的前提下,單條寬�(fā)光區(qū)半導(dǎo)體泵浦激光器降低失效率的作用是異常顯著的。目前尾纖輸出功率大�5W的單條寬�(fā)光區(qū)半導(dǎo)體泵浦激光器的平均無(wú)故障工作�(shí)間已�(jīng)�(dá)�50�(wàn)小時(shí)以上�
6� 壽命�(zhǎng)
從前面的討論我們已�(jīng)知道,采用單條寬�(fā)光區(qū)半導(dǎo)體泵浦激光器作為光纖激光器的泵浦源,光纖激光器將具備長(zhǎng)壽命的特�(diǎn),因�,制作具有幾十萬(wàn)小時(shí)的長(zhǎng)壽命光纖激光器在技�(shù)上已�(jīng)可行�
7� 體積小重量輕
光纖激光器由于光路可盤(pán)繞,光路占用空間較小,在采用單條寬發(fā)光區(qū)半導(dǎo)體泵浦激光器做泵浦源的情況下,泵浦激光器可分散安�,具有很好的散熱特性,在安裝密度不高的情況�,采用風(fēng)冷即�,在安裝密度較高的情況下,只需少量通水即可�(mǎn)足散熱要�,因�,光纖激光器的體積比同樣輸出功率的氣體和固體激光器系統(tǒng)更小,重量更輕�
8� 輸出功率�
光纖激光器輸出功率在突�100W以后,輸出功率水平飛速增�(zhǎng),只用了三年多時(shí)�,達(dá)到的輸出功率水平已經(jīng)超過(guò)了YAG固體激光器和CO2氣體激光器用三十多年達(dá)到的輸出功率水平,目前光纖激光器的實(shí)�(yàn)室水平已�(jīng)超過(guò)10�(wàn)��3�(wàn)瓦的光纖已經(jīng)商品化,已經(jīng)�(xiāo)售的光纖激光器,輸出功率為17000W??梢灶A(yù)�(jiàn),光纖激光器將成為長(zhǎng)�(shí)間連續(xù)輸出功率的激光器�
9� 節(jié)水節(jié)電節(jié)成本
光纖激光器具有�(yōu)異的熱性能,電光效率較�,節(jié)水節(jié)�,尤其重要的是可�(zhǎng)期免維護(hù)使用,可節(jié)約大量維�(hù)�(jīng)�(fèi)和時(shí)�,提高工作效率�
10� 造價(jià)不斷降低
光纖激光器的光路全部由光纖和光纖元件構(gòu)�,由于原料易得,在技�(shù)、產(chǎn)品和市場(chǎng)成熟之后,可大幅度降低成�。除光路部分�,半�(dǎo)體泵浦激光器是構(gòu)成光纖激光器成本的主要部�,從光通信的發(fā)展歷史和�(jīng)�(yàn)�(lái)看,隨著技�(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)容量的不斷擴(kuò)�,大幅度降低半導(dǎo)體泵浦激光器的成本將成為必然趨勢(shì)�
按照光纖材料的種�(lèi),光纖激光器可分成一下幾種類(lèi)型:
一:晶體光纖激光器 工作物質(zhì)是激光晶體光�,主要有紅寶石單晶光纖激光器和nd3+:YAG單晶光纖激光器��
二:非線性光�(xué)型光纖激光器 主要有受激喇曼散射光纖激光器和受激布里淵散射光纖激光器�
三:稀土類(lèi)摻雜光纖激光器 光纖的基�(zhì)材料是玻�,向光纖中摻雜稀土類(lèi)元素離子使之激活,而制成光纖激光器�
四:塑料光纖激光器 向塑料光纖芯部或包層�(nèi)摻入激光染料而制成光纖激光器�
IPG公司--大功率光纖激光器的代�
YLP 系列
是專(zhuān)為OEM�(yīng)用而設(shè)�(jì)的一款免維護(hù)MOPFA � Q-�(kāi)�(guān)的脈沖摻鐿光纖激光器,這例激光器通過(guò)一條柔軟的帶有金屬�(hù)套的單模光纖,將1070nm的高功率激光直接引入集成設(shè)備(各種切割、焊�、打�(biāo)等設(shè)備),經(jīng)�(guò)�(zhǔn)直擴(kuò)�,再聚焦后的光斑尺寸可以幾�(gè)微米或更�。這束接近衍射極限的超高質(zhì)量的激光可以用于打�(biāo)、鉆�、或加工不同的材�。YLP 系列�(duì)于脈沖寬�、重�(fù)頻率、和峰值功率可以提供一�(gè)非常寬范的選��
�(yīng)用領(lǐng)域:電子五金、手�(jī)按鍵、醫(yī)療器�、產(chǎn)品包裝、眼鏡鐘�、汽�(chē)配件、在線生�(chǎn)、禮品廣�、物�(zhì)探測(cè)�
YLR系列
IPG公司生產(chǎn)的YLR系列代表了具有革命�,新一代的,近紅外光譜,同�(shí)與有高功�,理想的光束�(zhì)�,可�(jìn)行光纖傳�(dǎo),高電光�(zhuǎn)換效率等特性的二極管泵浦單模連續(xù)波摻鐿光纖激光系�(tǒng)。這類(lèi)激光系�(tǒng)展示出其他各種固體激光器及氣體激光器�(wú)與倫比的高可靠�。這種先�(jìn)的光纖激光系�(tǒng)具有以下各種給人留下深刻印象的優(yōu)越性:很寬的運(yùn)行波�(zhǎng)選擇,超低的幅度噪聲,極高的�(wěn)定性和超長(zhǎng)的泵浦二極管壽命�
�(yīng)用領(lǐng)域:電子五金、手�(jī)按鍵、醫(yī)療器�、產(chǎn)品包�、眼鏡鐘�、汽�(chē)配件、在線生�(chǎn)、禮品廣�、物�(zhì)探測(cè)�
YLM系列
YLM系列主要為免維護(hù)的OEM�(yīng)用而設(shè)�(jì)。YLM二極管泵浦光纖激光通過(guò)一條帶有金屬護(hù)套的單模光纖傳導(dǎo)光束直徑�1.07微米,接近衍射極限(M2<1.05)高�(zhì)量激光束。這種體積�,免維護(hù)的激光適用于高沖擊、振�(dòng)和灰塵較大等�(chǎng)�,可以忍�90%的相�(duì)濕度,并且在-20�60攝氏度的寬溫條件下可以正常工作。YLM系列激光可以直接用于微�(xì)加工,雕�,材料處理,和打�(biāo)等用途的系統(tǒng)集成�
�(yīng)用領(lǐng)域:電子五金、手�(jī)按鍵、醫(yī)療器件、產(chǎn)品包�、眼鏡鐘�、汽�(chē)配件、在線生�(chǎn)、禮品廣告、物�(zhì)探測(cè)�
維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百通!
已收錄詞�168778�(gè)