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光纤激光器与光纤激光器技术

2008-4-15   杭州远华激光

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。 

2.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,所以上转换效率较高,激光阈值低; 
(4)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; 
(5)可调谐性:由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽。 
(6)由于光纤激光器的諧振腔内无光学鏡片,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。 
(7)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。 
(8)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。 
(9)不需热电制冷和水冷,只需简单的风冷。 
(10)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。 
(11)高功率,目前商用化的光纤激光器是六千瓦。 

3.高功率的光纤激光器及其包层泵浦技术 
   双包层光纤的出现无疑是光纤领域的一大突破,它使得高功率的光纤激光器和高功率的光放大器的制作成为现实。自1988年E Snitzer首次描述包层泵浦光纤激光器以来,包层泵浦技术已被广泛地应用到光纤激光器和光纤放大器等领域,成为制作高功率光纤激光器首选途径。 
   包层泵浦技术,由四个层次组成:①光纤芯;②内包层;③外包层;④保护层。如图(1)所示,将泵光耦合到内包层(内包层一般采用异形结构,有椭圆形、方形、梅花形、D形及其六边形等等),光在内包层和外包层(一般设计为圆形) 之间来回反射,多次穿过单模纤芯被其吸收。这种结构的光纤不要求泵光是单模激光,而且可对光纤的全长度泵浦,因此可选用大功率的多模激光二极管阵列作泵源,将约70%以上的泵浦能量间接地耦合到纤芯内,大大提高了泵浦效率。 
包层泵浦技术特性决定了该类激光器有以下几方面的突出性能。 
1、高功率 
  一个多模泵浦二极管模块组可辐射出100瓦的光功率,多个多模泵浦二极管并行设置,即可允许设计出很高功率输出的光纤激光器。 
2、无需热电冷却器 
  这种大功率的宽面多模二极管可在很高的温度下工作,只须简单的风冷,成本低。

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