激光器及其应用

1、1光纤激光器及其应用 目录光纤激光器基本结构及主要特点高功率光纤激光器的应用 高功率光纤激光器具有光束质量好、寿高功率光纤激光器具有光束质量好、寿命长、转换效率高的优点，其主要性能已明命长、转换效率高的优点，其主要性能已明显优于半导体激光泵浦固体激光器和显优于半导体激光泵浦固体激光器和COCO2 2激光激光器。从发展态势看，光纤激光器不仅在光纤器。从发展态势看，光纤激光器不仅在光纤通信领域有重要的应用而且迅速地向其他更通信领域有重要的应用而且迅速地向其他更为广阔的激光应用领域扩展，这是一类已经为广阔的激光应用领域扩展，这是一类已经取得技术突破，正在向技术的广度和深度迅取得技术突破，正在向技术的

2、广度和深度迅速发展的、有重要应用前景的激光器。速发展的、有重要应用前景的激光器。 光纤激光器基本结构及主要特点 谐振腔腔镜可为反射镜、光纤光栅或光纤环 谐振腔耦合光学系统工作物质(增益光纤)准直光学系统LD泵浦源 光纤激光器的基本结构与固体激光器的结构基本光纤激光器的基本结构与固体激光器的结构基本相同，如下图所示：相同，如下图所示： 光纤激光器大致可分为三类光纤激光器大致可分为三类: 稀土元素掺杂光纤激光器稀土元素掺杂光纤激光器 掺杂离子可为掺杂离子可为Nd3+，Er3+，Yb3+，Tm3+等，基质等，基质可以是石英玻璃，氟化锆玻璃，磷酸盐玻璃、单晶、可以是石英玻璃，氟化锆玻璃，磷酸盐玻璃、单

3、晶、光子晶体光纤等。光子晶体光纤等。 染料光纤激光器染料光纤激光器 纤芯、包层或二者加入激光染料。纤芯、包层或二者加入激光染料。 非线性光纤激光器非线性光纤激光器 利用光纤中的利用光纤中的SRS，SBS非线性效应产生波长可非线性效应产生波长可变换的激光。变换的激光。光纤激光器的主要特点光纤激光器的主要特点 （1）光纤作为导波介质，纤芯直径小，纤内易）光纤作为导波介质，纤芯直径小，纤内易形成高功率密度，可方便地与目前的光纤通信系统形成高功率密度，可方便地与目前的光纤通信系统高效连接，构成的激光器具有高转换效率、低阈值、高效连接，构成的激光器具有高转换效率、低阈值、高增益、输出光束质量好和线宽窄等

4、特点；高增益、输出光束质量好和线宽窄等特点； （2）由于光纤具有极好的柔绕性，激光器可设）由于光纤具有极好的柔绕性，激光器可设计得相当小巧灵活、结构紧凑、体积小、易于系统计得相当小巧灵活、结构紧凑、体积小、易于系统集成、性能价格比高；集成、性能价格比高； （3）由于光纤具有很高的）由于光纤具有很高的“表面积表面积/体积体积”比，散热效比，散热效果非常好，所以光纤激光器可以工作在果非常好，所以光纤激光器可以工作在-2070的的环境温环境温度内，不需要庞大的水冷系统，只需简单的风冷即可，且度内，不需要庞大的水冷系统，只需简单的风冷即可，且可在恶劣的环境下工作，如在高冲击、高震动、高温度、可在恶劣的

5、环境下工作，如在高冲击、高震动、高温度、有灰尘的条件下正常运转；有灰尘的条件下正常运转； （4）具有相当好的可调谐参数和选择性，能获得宽调）具有相当好的可调谐参数和选择性，能获得宽调谐范围（谐范围（380nm3900nm）和相当好的单色性和高稳定）和相当好的单色性和高稳定性，使用寿命长，平均无故障工作时间在性，使用寿命长，平均无故障工作时间在10kh甚至甚至100kh以；以； （5）采用特殊的器件结构可获得高功率输出或超短脉）采用特殊的器件结构可获得高功率输出或超短脉冲输出。冲输出。三、高功率光纤激光器及其研究进展三、高功率光纤激光器及其研究进展 光纤激光器不仅与固体、气体、半导体激光器等相比

6、，有非常明显的优越性，而且与二极管泵浦固体激光器相比，也有更好的光束质量，可得到更小的聚焦光斑。随着光纤激光器应用的更加广泛，对高功率光纤激光器的需要越来越大。为了获得高功率输出，关键之一是包层泵浦技术（Cladding pumped technology）。双包层光纤激光器双包层光纤激光器 双包层掺杂光纤的构形如下图所示 光纤芯光纤芯外包层外包层保护层保护层激光输出激光输出泵浦光泵浦光 双包层掺杂光纤由纤芯、内包层、外包层和保护层四个层次组成。内包层的作用：一是包绕纤芯，将激光辐射限制在纤芯内；二是将泵浦光耦合到内包层，使之在内包层和外包层之间来回反射，多次穿过单模纤芯被其吸收。 在双包层结

7、构中，泵浦光的吸收率和内包层的几何形状和纤芯在包层结构中的位置有关。此外，泵浦光被掺杂稀土离子的吸收率正比于内包层和外包层的面积比。高功率光纤激光器关键技术高功率光纤激光器关键技术（1）产生激光的特种光纤（Yb-doped double cladding fiber）（2）光纤光栅（激光腔）（3）大功率激光二极管泵浦光/光纤输出（4）多路泵浦光注入耦合系统（5）多路光纤激光合波器光纤激光器的应用 高功率掺镱光纤激光器（HPFL）与目前激光加工中常用的二氧化碳激光器（CO2）、光泵YAG（LP-YAG）、半导体泵浦YAG激光器相比，表现出突出的优点，特别是电光转换效率高，光束质量好，泵浦源寿命长，使用方便，环境适应能力强，空气冷却等优点，使它在激光应用技术领域中呈现出美好的应用前景。 光纤激光器不仅在光纤通信领域占有越来光纤激光器不仅在光纤通信领域占有越来越重要的地位，还在激光技术领域成为目越重要的地位，还在激光技术领域成为目前研究最为活跃的激光光源之一。前研究最为活跃的激光光源之一。 它已经它已经引起激光科技人员和企业工程