LD泵浦高功率掺镱_Yb_3_双包层光纤激光器理论与实验研究

包层光纤激光器理论与实验研究 激光器原理简介 验研究 参考文献 目录 1 2 3 4 激光器的结构及其工作原理 激光 （ 激光产生的基本原理是受激辐射 处于高能态的粒子自发向低能态跃迁，称之为自发辐射； 处于高能态的粒子在外来光的激发下向低能态跃迁，称之为受激辐射； 处于低能态的粒子吸收外来光的能量向高能态跃迁称之为受激吸收。 激光产生的条件 激励能源 增益介质 光学谐振腔 作用：频率集中 光放大 光二极管的原理 激光二极管的物理结构是在发光二极管的结间安置一层具有光活性的半导体，其端面经过抛光后具有部分反射功能，因而形成一光谐振腔 受激辐射 粒子数反转 激光 光纤激光器的原理 光纤激光器简介 光纤激光器是指采用掺稀土光纤作为激光介质的激光器。 高功率掺镱双包层光纤激光是近年国际上固体激光技术中的一个热点领域。 它具有光束质量好、结构紧凑、转换效率高等优点，在工业加工等领域中有广泛的应用前景。 组成：泵浦源、增益介质、谐振腔 光纤激光器的分类 稀土掺杂光纤激光器。 利用光纤的非线性效应制作的光纤激光器。 晶体光纤激光器。 染料（塑料）光纤激光器。 在以上四类光纤激光器中，以掺稀土离子的光纤激光器和放大器最为重要。这类激光器不仅发展最快，还在光纤通信、光纤传感、激光材料处理等领域获得了广泛应用 稀土金属离子的浓度，对掺稀土离子的光纤的影响。 不是浓度越高越好，它存在一个最佳的掺杂浓度。 基态的离子可能被耗尽，所以信号的放大受到掺杂离子数的抑制。 高掺杂会带来两个问题：一是浓度淬灭。二是玻璃结构中发生晶化。 为了获得最好的激光输出结果，存在一个最佳的掺杂浓度。 光纤激光器的优点 目前，通信领域中使用的半导体激光器存在着成本高和与系统的传输光纤耦合困难等缺点，已经大大制约了光纤通信系统的进一步普及。 1泵浦源成本较低。 2光纤激光器的光斑尺寸和光束质量优于半导体激光器。 3光纤激光器的圆柱形几何尺寸容易与系统的传输光纤耦合。 4光纤的侧面积与体积之比非常大，散热效果较好 双包层光纤激光器原理及结构 双包层光纤的结构示意图。它由四部分构成： （ 1）纤芯 (2)内包层（ 3）外包层 (4)保护层。 圆形内包层的有缺点及改进 优点：工艺简单；当泵浦源为带尾纤的 形石英包层之间的尺寸匹配易于耦合连接。 缺点：大量泵浦光成为螺旋光，在传输的过程中不经过掺镱的纤芯，从而大大降低了纤芯对泵浦光的利用效率。 两种解决方法： 一种是偏心法 另一种是通过改变内包层的形状来抑制螺旋光的产生从而达到增大吸收效率的目的 端面泵浦 透镜组耦合方式用于以二色镜作为腔镜的 泵浦光经聚焦后通过二色镜直接入射到光纤内包层端面。 为了能提高泵浦光的耦合效率，采用双向泵浦的方法。 光纤激光器透镜组耦合端面泵浦 双包层光纤激光器谐振腔的基本结构 二向色镜作为腔镜 ，通过在增益光纤的两端配置二色镜来构成谐振腔。 其中位于泵浦注入端的二色镜，对泵浦光高透射而对激光高反射 ;位于输出端的二色镜，对泵浦光高反射而对激光有适当的透过率。 掺镱双包层光纤激光器理论 掺镱光纤激光器的基本工作原理是 : 泵浦光将粒子从基态能级抽运到高能级 被抽运到高能级的粒子通过无辐射跃迁迅速转移到亚稳态的激光上能级，形成粒子数反转 最后通过受激辐射跃迁回到基态能级，同时将能量以光子形式释放，产生激光 四能级系统泵浦过程中将基态 3（又叫泵浦态），激发到 2,粒子在 生积累，实现与激光下能级 吸收和发射截面 石英基质中的 吸收截面和发射截面。吸收峰有两个，分别对应于 91575 975036中短波长 (975跃迁属于三能级系统，长波长 (1036迁为四能级系统。 浦掺 包层光纤激光器的实验研究 实验结果与讨论 泵浦源的 P I 特性 从图中可以看出泵浦源的输出激光功率与电流是线性关系 激光器输入输出关系 双包层激光器输出 1083 利用前面的实验结果， 浦光耦合入双包层光纤的耦合效率设为 78。当在 流为 32A（功率约 160W）时，利用 200W 量级的功率计测量，获得了 88W 的激光输出，斜效率为 输出激光功率随泵浦光功率的增加而线性增加， 理论结果与实验结果相符合 实验中的关键问题 环境温度变化 本身的温度 所以，泵浦光源的工作波长稍有变化，就会严重地影响泵光的吸收效率以及激光器的激光转换效率和工作稳定性。 为了使泵浦光的工作波长与光纤的吸收峰达到最佳匹配，需要严格控制其工作波长控制在 收峰的半宽度范围之内。 实验采用水冷法使 1 度。 参考文献 1 杨贵铣 . 兴质量之基铸品牌之魂 烽火光纤李诗愈副总经理谈烽火品牌及光纤产业 J. 激光与光电子学进展 . 2006,(9):43. 2 海目公司 . 功率光纤激光器在岩石及泥土材料处理中的应用 J. 7):36 3 1985,21(17):737 4 聂秋华 . 光纤激光器和放大器技术 Z. 电子工业出版社 . 1997. 5 杨青，俞本立，甄胜来，孙志培，吴海滨 . 光纤激光器的发展现状 J. 光电子技术与信息. 2002, 6 et A a 1995, 115:99 7 in . ):83 8 许兆文 . 掺镱双包层光纤激光器的研究 . 南开大学硕士毕业论文 D0 9 苏红新，李