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高功率光纖激光器
閱讀�11157�(shí)間:2011-01-18 16:10:36

  高功�光纖激光器是光纖材料中摻雜了稀土元�,連續(xù)激光功率達(dá)到百�、千瓦甚至萬(wàn)瓦級(jí)的光纖激光器,高功率光纖激光器已成�光通信�(lǐng)域的另一�(gè)研究熱點(diǎn),能夠提供高增益 ,輸出符合光通信低損耗窗口的激� ,并且可以�半導(dǎo)體激光器作為泵浦� ,既經(jīng)�(jì)又實(shí)惠�

特點(diǎn)

  *�(zhuǎn)換效率高(可高達(dá)20%��

  *壽命�(zhǎng)(平均無(wú)故障工作�(shí)間在10�(wàn)小時(shí)以上��

  *可在惡劣的環(huán)境下工作(由于其共振腔置于光纖內(nèi)�,即使在高沖�,高震動(dòng),高濕度,有灰塵的條件下皆可正常�(yùn)�(zhuǎn),而環(huán)境溫度范圍允許在-20 C�+70 C之間);

  *�(wú)論是連續(xù)或脈沖的�(yùn)�(zhuǎn)方式皆無(wú)需龐大的水冷或�(fēng)冷系�(tǒng).只需一般的散熱體或�(jiǎn)便的�(fēng)冷即��

  *其外型緊湊體�?。ü饫w激光器模塊的體積大約有一本字典的�?�?�

  *方便光纖�(dǎo)��

  *易于系統(tǒng)集成�

  *�(wú)有體積龐大的電源系統(tǒng)�

幾種主要參數(shù)

  工作�(diǎn)上的激光功�  輸出光束參數(shù)   工作�(diǎn)上的聚焦直徑#

  300W       <0.7mm*mrad       <30mm

  500W       <1.4mm*mrad       <50mm

  700W       <1.4mm*mrad       <50mm

  #在焦�(zhǎng)超過(guò)150mm�

�(jié)�(gòu)

  工作物質(zhì)-----雙包層特種光纖:

  1、單模纖芯由摻鐿離子等元素的石英材料�(gòu)成,作為激光振蕩通道;而內(nèi)包層則由橫向尺寸和數(shù)值孔徑比纖芯大的多、折射率比纖芯小的純石英材料�(gòu)�,它是接受多模LD泵浦光的多模光纖;正是因?yàn)閾诫s激活纖芯和接受多模泵浦光的多模�(nèi)包層分開(kāi),才得以�(shí)�(xiàn)了多模光泵浦而單模光輸出的可�,從而無(wú)形化解了激光功率和光束�(zhì)量這一矛盾�

  2、整�(gè)雙包層光纖采用D型等�(jié)�(gòu),旋光效�(yīng)�,吸收充�,光光轉(zhuǎn)�80%以上�

  3、光纖兩�(cè)生出�(wú)�(shù)杈纖,每分衩可與帶尾纖的LD�(wú)縫耦合形成分點(diǎn)泵浦,可極大地提高輸出功�,同�(shí)又避免了傳統(tǒng)端泵帶來(lái)的一系列熱效�(yīng)�(wèn)��

  1、光纖采用比普通玻璃性能更好的石英材料制�,同�(shí)摻雜耐高輻射離子,整段光纖可承受高達(dá)10,000W的激光能量而不�(huì)出現(xiàn)熱損傷情��

  2、Yb3+�(méi)有激�(fā)�(tài)吸收,可高濃度摻�,同�(shí)光纖可達(dá)幾百�,一可大大提高激光增�,二又增大了散熱面積;光纖盤(pán)在熱沉上,簡(jiǎn)單風(fēng)冷便可穩(wěn)定工��

  3、Yb3+的吸收譜比Nd3+要寬10倍,�(duì)LD光源模式十分寬松,幾乎不受波�(zhǎng)溫漂的影�,可大大�(zhuǎn)換效率�

  4、Yb3+能級(jí)為簡(jiǎn)單的二能�(jí),亞�(wěn)�(tài)壽命是Nd3+的三�,小功率泵源就可在激�(fā)�(tài)積累貯存大量的能量,十分合適在極窄的纖芯�(nèi)形成高密度的離子�(shù)反轉(zhuǎn),從而可輸出�(wěn)定的�(qiáng)激光�

  光學(xué)諧振�----光纖光柵�

  1、光纖光柵是利用光纖材料的光敏性:即外界入射光子和纖芯相互作用而引起后者折射率的性變�,用紫外激光直接寫(xiě)入法在單模光纖的纖芯�(nèi)形成的空間相位光柵,其實(shí)�(zhì)是在纖芯�(nèi)形成一�(gè)窄帶的濾光器或反射鏡�

  2�

  2、光纖光柵是被刻在纖芯的兩端,當(dāng)激活離子發(fā)射出一連續(xù)寬帶光傳�?shù)焦鈻艜r(shí),它�(huì)有選擇地反射回相�(yīng)的一�(gè)窄帶光(�1064nm�,并沿原傳輸光纖返回振動(dòng);其余雜光則直接透射或發(fā)射到光纖外濾��

  3、光纖光柵是在纖芯本身上刻錄的,與光纖連成一體高度融�,不占任何額外體積,�(wú)任何插損,不怕任何振�(dòng)和雜物的侵入�

  4、光纖光柵起著激光選頻、反饋和放大的功�,從而巧妙地取代了鏡片式傳統(tǒng)光學(xué)諧振�,從根本上解決了震動(dòng)、灰塵和潮濕等引起的一系列光路需�(diào)節(jié)的煩瑣問(wèn)題�

  5、一般的通訊光纖光柵是溫度敏感的,要承受高功率激光輻�,則必須采用�(fù)膨脹材料封裝光纖光柵,把溫漂系數(shù)控制�0.001nm/oC以下�

  泵浦系統(tǒng)-----�(cè)面泵浦:

  1、采用杈纖直接熔接耦合�(jìn)行側(cè)�,一�(wú)需任何光學(xué)元件,二可避免損傷光纖端面,三是容易提高泵源的注��

  2、新穎的蜈蚣式側(cè)泵方式:光纖兩側(cè)生許多纖杈與LD尾纖直接熔接,從各�(gè)不同�(diǎn)�(jìn)行單�(gè)泵浦,可避免�(qiáng)激光單�(diǎn)引起的非線性效�(yīng)和模式惡��

  3、采用多�(gè)高功率LD單管代替LD集成陣列作泵浦源,一可提高光源的模式,二是易于泵源的散熱提高壽命,三有利于維修更��

  4、采用發(fā)光面很寬的LD�100-250us)作為泵源可大大降低LD�(fā)光點(diǎn)所承受的光功率密度提高其壽�,一般可�(dá)100,000小時(shí)�

�(yīng)�

  金屬和非金屬材料的加工與處理�

  激光雕��

  激光產(chǎn)品打�(biāo)�

  激光焊�,焊縫清��

  精密打孔�

  激光檢�(cè)和測(cè)��

  激光圖形藝�(shù)成像�

  激光雷�(dá)系統(tǒng),污染控制;

  傳感技�(shù)和空間技�(shù)�

  激光醫(yī)�(xué)等等�

我國(guó)�(xiàn)狀

  盡管高功率光纖激的在中國(guó)的市�(chǎng)容量十分巨大,可是中�(guó)目前相關(guān)研究工作都相�(duì)滯后,還處在摸索的初�(jí)階段,關(guān)鍵部件都需�(jìn)�。同�(shí),雖然上海光�(jī)所、長(zhǎng)春光�(jī)所、清華大�(xué)和南�(kāi)大學(xué)在該�(lǐng)域取得了階段性的�(shí)�(yàn)成果,但是多沿襲了傳�(tǒng)激光理�,離�(guó)際先�(jìn)水平相差甚遠(yuǎn),更談不上短期內(nèi)�(shí)�(xiàn)商業(yè)�。而且都停留在連續(xù)光纖激光器方面,至于應(yīng)用更為廣泛的高功率脈沖光纖激光器至今尚無(wú)任何�(shí)�(zhì)性�(jìn)展�

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