脉冲激光器的能量换算
南京波长光电科技股份有限公司王国力
脉冲激光器的发射激光是不连续，一般以高重频脉冲间隔发射。发射能量以功的单位焦耳(J)计，即每次脉冲做功多少焦耳。
连续激光器发射的能量以功率单位瓦特(W)计量，即每秒钟做功多少焦耳，表示单位时间内做功多少。
瓦和焦耳的关系：1W=1J/秒。
一台脉冲激光器，脉冲发射能量是1焦耳/次，脉冲频率是50Hz，则每秒钟发射激光50次，每秒钟内做功的平均功率为：50X 1焦耳=50焦耳，所以，平均功率就换算为50瓦。
再举例说明峰值功率的计算，一台绿光脉冲激光器，脉冲能量是0.14mJ/次，每次脉宽20ns, 脉冲频率100kHz，
平均功率为：0.14mJ X 100k=14J/s=14W，即平均功率为14瓦；
峰值功率是每次脉冲能量与脉宽之比，即
峰值功率：0.14mJ/20ns=7000W=7kW, 峰值功率为7千瓦。
要想知道镜片的脉冲激光损伤阈值是否在承受极限内，既要计算脉冲激光的峰值功率，也要计算脉冲激光的平均功率，综合考虑。
如某ZnSe镜片的激光损伤阈值时是500MW/cm2, 使用在一台脉冲激光器中，脉冲激光器的脉冲能量是10J/cm2，脉宽10ns，频率50kHz。
首先，计算平均功率：10J/cm2 X 50kHz =0.5MW/cm2
其次，再计算峰值功率：10J/cm2 / 10ns = 1000MW/cm2
从脉冲激光器的平均功率看，该镜片是能承受不被损伤的，但从脉冲激光器的峰值功率看，是大于该镜片的激光损伤阈值的。所以，综合判断，该ZnSe 镜片不宜用于此脉冲激光器。
如果有条件，对脉冲激光器镜片，应当分别测试平均功率和峰值功率的激光损伤阈值。
Ave. Power ：平均功率
Pulse energy ：脉冲能量
Pulse Width：脉宽
Peak Power:：峰值功率
Rep. Rate ：脉冲频率
ps：皮秒，10-12 S
ns：纳秒，10-9S
M：兆，106
J：焦耳
W：瓦
高功率IPG光纤激光器应用简介 一、IPG光纤激光器简介 1.光纤激光器简介 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。 2.光纤激光器的优势 首先是使用成本低，光纤激光器替代了不稳定或高维修成本的传统激光器。其次，光纤激光的柔性导光系统，非常容易与机器人或多维工作台集成。第三，光纤激光器体积小，重量轻，工作位置可移动。第四，光纤激光器可以达到前所未有的大功率(至五万瓦级)。第五，在工业应用上比传统激光器表现更优越。它有适用于金属加工的最佳波长和最佳的光束质量，而且光纤激光器在每米焊接和切割上的费用最低。第六，一器多机，即一个激光器通过光纤分光成多路多台工作。第七，免维护，使用寿命长。最后，由于其极高的稳定性，大大降低了运行中对激光质量监控的要求。简单来说就是高功率下的极好光束质量，高光束质量下的极好电光效率，高功率高光束质量下的极小体积、可移动性和柔性。 3.IPG简介 全球最大的光纤激光制造商IPG Photonics由Valentin Gapontsev博士于1991年创建，总部设在美国东部麻省。IPG在德国、美国、俄罗斯和意大利设有生产、研发基地，并在全球设有销售和服务网点，覆盖美国、英国、欧洲、印度、日本、韩国、新加坡和中国，并于2006年在美国纳斯达克上市。
十八年来，IPG致力于纵向合成，所有的核心配件均为IPG研发、生产和拥有，同时也是唯一一个能为客户提供高性价比的光纤和半导体激光器的厂家。 高功率是IPG的优势。全世界已有上千台IPG的高功率(>1KW)光纤激光器在汽车制造、船舶制造、海上平台和石油管道、航空航天和技术加工等工业领域中得以应用。在日本，我们向丰田、三菱、住友在内的客户售出了数百台IPG的大功率光纤激光器。这些激光器的成功应用，说明了IPG光纤激光已成熟，且成为制造业的技术工具之一。依近期国内各厂家、院校、集成商对IPG光纤激光器大量的订单来看，光纤激光在中国市场广泛应用的局面会很快到来，尤其是在金属加工(切割、焊接、熔覆、快速成型等)方面。 二、高功率光纤激光应用领域 1.激光焊接领域的应用 光纤激光器的光束质量好，连续功率大，适用于深熔焊和浅表热导焊。连续激光通过调制可提供激光脉冲，从而获得高峰值功率和低平均功率，适用于需要低热输入要求的焊接。由于高功率激光的调制频率高达1万赫兹，因而能够提高脉冲焊接的产能。光纤输送方式使激光能够灵活地集成在传统焊钳、振镜头、机器人和远程焊接系统内。无论采用何种光束输送方式，光纤激光器都具有无可比拟的性能。典型的点焊应用包括依靠振镜头传送光束，从而完成剃须刀片和硬盘挠曲的焊接，从而充分地利用光纤激光器的脉冲功能。光纤激光器的光斑小，焦距长，因而远距离激光焊接的能力大大提高。1-2米的工作间距与传统机器人相比使工作区域提高了数倍，配备光纤激光器的远程焊接工位包括车门焊接、多点焊接和整个车身框架的搭接焊接。光纤激光器焊接的其它例子包括传动部件全熔焊、船用厚钢板深熔焊、电池组密封焊接、高压密封等等。图1展示了光纤激光焊接的效果。
脉冲光纤激光器使用说明书
安全信息 在使用该产品之前，请先阅读和了解这份用户手册并熟悉我们为您提供的信息。 这份用户手册提供了重要的产品操作，安全以及其他信息给您以及所有将来的用户作参考。为了确保操作安全和产品的最佳性能，请遵循以下注意和警告事项以及该手册的其他信息去操作。 ●锐科公司脉冲光纤激光器是IV级的激光产品。在打开24VDC电源前，要确保连 接是正确的24VDC的电源并确认正负极，错误连接电源，将会损坏激光器。 ●该激光器在1064nm波长范围内发出超过5W、10W、15W、20W、25W、30W（根 据不同激光器型号）的激光辐射。避免眼睛和皮肤接触到光输出端直接发出或散射出来的辐射。 ●不要打开机器，因为没有可供用户使用的产品零件或配件。所有保养或维修只能在 锐科公司内进行。 ●不要直接观看输出头，在操作该机器时要确保长期配戴激光安全眼镜。 安全标识及位置 上面二个安全标识符号表示有激光辐射，我们把这符号标在产品光纤盒体盖顶上。
目录 1．产品描述 (1) 1.1 产品描述 (1) 1.2实际配置清单 (1) 1.3使用环境要求及注意事项 (1) 1.4技术参数 (2) 2．安装 (3) 2.1 安装尺寸图 (3) 2.2 安装方法 (4) 3．控制接口 (5) 4．操作程序 (6) 4.1 前期检查工作 (6) 4.2 操作步骤 (6) 4.3打标过程中应注意的事项 (6) 5．质保及返修、退货流程 (7) 5.1一般保修 (7) 5.2保修的限定性 (7) 5.3服务和维修 (7)
1．产品描述 1.1 产品描述 锐科脉冲激光器是是为高速和高效的激光打标系统而专门发展的。为工业激光打标机和其它应用提供了一款理想的高功率激光能量源。 脉冲激光器相对于传统的激光器，能够对每瓦的泵浦光转换效率提高10倍以上，低能量消耗的自动设计，适合实验室或室外操作。精巧，可独立放置，可随时使用，能够直接嵌入用户的设备上。 激光器可发出1064nm波长的脉冲激光，通过工业激光器标准接口来控制，激光器需要使用24V直流供电。 1.2实际配置清单 请根据图表1参考所包括的清单。 表1 1.3使用环境要求及注意事项 脉冲激光器需使用24VDC±1V直流电。 1)注意：使用激光器时要将接地线可靠接地。 2)没有内置可供使用的零件，所有维修应由合格的锐科人员来进行，为了防止电击， 请不要损坏标签和揭开盖子，否则产品的任何损坏将不被保修。 3)激光器的输出头是与光缆相连接的,使用时请小心处理输出头，防止灰尘或其它污 染，清洁输出端透镜时请使用专用的镜头纸。激光器没有安装在系统设备上且不 出光的时候，请将光隔离器保护罩盖好以免灰尘污染。
光纤激光器的工作原理及其发展前景 1 引言 光纤激光器于1963年发明，到20世纪80年代末第一批商用光纤激光器面市，经历了20多年的发展历程。光纤激光器被人们视为一种超高速光通信用放大器。光纤激光器技术在高速率大容量波分复用光纤通信系统、高精度光纤传感技术和大功率激光等方面呈现出广阔的应用前景和巨大的技术优势。光纤激光器有很多独特优点，比如：激光阈值低、高增益、良好的散热、可调谐参数多、宽的吸收和辐射以及与其他光纤设备兼容、体积小等。近年来光纤激光器的输出功率得到迅速提高。已达到10—100 kW。作为工业用激光器,现已成为输出功率最高的激光器。光纤激光器的技术研究受到世界各国的普遍重视，已成为国际学术界的热门前沿研究课题。其应用领域也已从目前最为成熟的光纤通讯网络方面迅速地向其他更为广阔的激光应用领域扩展。本文简要介绍了光纤激光器的结构、工作原理、分类、特点及其研究进展，最后对光纤激光器的发展前景进行了展望。 2 光纤激光器的结构及工作原理 2.1光纤激光器的结构 和传统的固体、气体激光器一样。光纤激光器基本也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本的要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器(LD)，增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发辐射所产生的自发辐射光经受激放大和谐振腔的选模作用后．最终形成稳定激光输出。图1为典型的光纤激光器的基本构型。 增益介质为掺稀土离子的光纤芯，掺杂光纤夹在2个仔细选择的反射镜之间．从而构成F—P谐振器。泵浦光束从第1个反射镜入射到稀土掺杂光纤中．激射输出光从第2个反射镜输出来。 2.2 光纤激光器的工作原理 掺稀土元素的光纤放大器促进了光纤激光器的发展，因为光纤放大器可以通过适当的反馈机理形成光纤激光器。当泵浦光通过光纤中的稀土离子时．就会被稀土离子所吸收。这时吸收光子能量的稀土原子电子就会激励到较高激射能级，从而实现离子数反转，反转后的离子数就会以辐射形式从高能级转移到基态，并且释放出能量，完成受激辐射。从激发态到基态的辐射方式有2种：自发辐射和受激辐射。其中，受激辐射是一种同频率、同相位的辐射，可
光纤激光器的分类 光纤激光器种类很多，根据其激射机理、器件结构和输出激光特性的不同可以有多种不同的分类方式。根据目前光纤激光器技术的发展情况，其分类方式和相应的激光器类型主要有以下几种： （1）按增益介质分类为： a）晶体光纤激光器。工作物质是激光晶体光纤，主要有红宝石单晶光纤激光器和Nd3+:YAG单晶光纤激光器等。 b）非线性光学型光纤激光器。主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器。 c）稀土类掺杂光纤激光器。向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活，（Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+等，基质可以是石英玻璃、氟化锆玻璃、单晶）而制成光纤激光器。 d）塑料光纤激光器。向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光纤激光器。 （2）按谐振腔结构分类为F-P腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及“8”字形腔、DBR光纤激光器、DFB光纤激光器等。 （3）按光纤结构分类为单包层光纤激光器、双包层光纤激光器、光子晶体光纤激光器、特种光纤激光器。 （4）按输出激光特性分类为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器，其中脉冲光纤激光器根据其脉冲形成原理又可分为调Q光纤激光器（脉冲宽度为ns量级）和锁模光纤激光器（脉冲宽度为ps或fs量级）。 （5）根据激光输出波长数目可分为单波长光纤激光器和多波长光纤激光器。 （6）根据激光输出波长的可调谐特性分为可调谐单波长激光器，可调谐多波长激光器。 （7）按激光输出波长的波段分类为S-波段（1460~1530 nm）、C-波段（1530~1565 nm）、L-波段（1565~1610 nm）。 （8）按照是否锁模，可以分为：连续光激光器和锁模激光器。通常的多波长激光器属于连续光激光器。 按照锁模器件而言，可以分为被动锁模激光器和主动锁模激光器。 其中被动锁模激光器又有: 等效/假饱和吸收体：非线性旋转锁模激光器（8字型，NOLM和NPR） 真饱和吸收体： SESAM或者纳米材料（碳纳米管或者石墨烯）。
RFL-P100M 脉冲光纤激光器 使用说明书 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司Wuhan Raycus Fiber Laser Technologies CO.,LTD.
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目录 1．产品描述 (1) 1.1.产品描述 (1) 1.2.实际配置清单 (1) 1.3.使用环境要求及注意事项 (1) 1.4.技术参数 (2) 2.安装 (3) 2.1.安装尺寸图 (3) 2.2.安装方法 (4) 3.控制接口 (5) 3.1.前期检查工作 (8) 3.2.操作步骤 (8) 3.3.打标过程中应注意的事项 (9) 4.质保及返修、退货流程 (9) 4.1.一般保修 (9) 4.2.保修的限定性 (9) 4.3.服务和维修 (10)
脉冲激光器操作面板 使用说明书 使用本产品前请务必详细阅读本说明，如有疑问请及时联系我们！ 版权声明 本公司对其发行的或与合作公司共同发行的包括但不限于产品或服务的全部内容拥有版权等知识产权，受法律保护。 未经本公司书面许可，任何单位及个人不得以任何方式或理由对上述产品、服务、信息、材料的任何部分进行使用、复制、修改、抄录、传播或与其它产品捆绑使用、销售。 凡侵犯本公司版权等知识产权的，本公司必依法追究其法律责任。 特此郑重声明！ 敬告：为避免硬件误差，我们在本产品的软件中进行了参数修正，请使用对应SN编号的软件，以获得最大精确度！ 2011年7月
1背景 脉冲激光器操作面板的开发是基于为广大用户提供更为良好的用户界面，旨在为用户提供更方便更快捷的服务。编写本手册最主要的的目的，是为广大用户说明本软件的使用方法和注意事项。 2界面介绍及术语解释
3界面性能 系统上电后，上位机与下位机通过串口通信，由中断触发通信，每次通信时长不等，约200ms 至400ms间，第一次获取系统状态。对系统参数进行操作时，当光源状态刷新速度为fast 时，每个操作反馈时长不等，约200ms至800ms内，系统会有反馈。 4运行环境 硬件设备要求 本界面采用串口通信，用户端至少需要一个串口，若无串口，需将其他类型接口转换为串口。 5安装与初始化 1.双击STC_ISP_V480.exe，会出现串口调试界面，将其关闭。完成串口控件的注册！ 2.若用户使用USB端口转化为串口，还需安装driver-232文件夹下的驱动。 3.双击“M14******PFL.EXE”，即会出现脉冲激光操作面板界面。
2009年度浙江省科技计划重大科技专项项目项目可 行性报告及经费概算 重大科技专项名称:重大应用电子技术和新型电子元器件 (一)光电子集成器件的研发 项目名称:高功率脉冲光纤激光器的系列关键技术及其设备研究 申请日期:2008年05月 一、项目可行性报告 (一)立项的背景和意义。 激光技术的发展自20世纪六十年代激光问世以来,已经极大地改变了现代人的思想观念和生活质量。大功率的光纤激光作为一种特殊的光源,近几年来其发展势头之猛,已经远远超出人们当初的想象。本项目将针对高功率脉冲光纤激光器在二个主要方面的应用,即作为精密微加工应用的激光光源和激光频率变换系统的泵浦光源开展工作,研制高品质的高功率脉冲光纤激光器,特别是线偏振输出的高功率脉冲光纤激光器。 随着科学的发展和社会的进步,高效、环保、精密的绿色加工正在从概念走向现实。作为一种蓬勃发展的高新技术,激光加工技术近年来已经在各方面显示绿色加工特有的优势,如采用高功率二氧化碳激光器的金属切割、焊接,采用高功率Nd:YAG激光器的钻孔、刻划、打标等等,都在所应用领域极大地提高了生产效率和产品的质量,降低了工作强度,减少了环境污染。典型的如,大家非常熟悉的原先采用传统手工刻制的公司和私人印章,其加工工艺已经毫无例外地被激光雕刻机加工所取代,其加工的时间也从原来的几天缩短到目前的不到半小时。国际上一些著名的飞机和汽车生产企业,如波音、空客、大众、奔驰等公司都已经在生产中引入了激光加工生产线,作为典型例子,空客公司的正在试飞、即将投入正式运营的空客
A380,正是由于其有效地采用了激光加工技术,提高了加工的精度,因此才能在进一步提高飞机机械强度的同时,大幅度地减少飞机本身的重量,从而为大幅度提高载客量奠定了基础。因为机体体积的显著增大,毫无疑问将使得对机身强度和重量的要求大幅度提高,很难想象,如果没有激光加工技术的广泛应用,空客A380能否实现从原来的载客300人左右提高到目前的580人。 与一般传统的加工用高功率激光器相比,近二年在国际上突飞猛进的光纤激光器具有独特的优点。由于单模光纤独特的光束限制作用,使得光纤激光的光束质量并不会由于激光功率的增加而降低,光纤本身特有的大表面积,又使得严重影响常规固体激光器光束质量的热畸变问题在光纤激光器中也不再是一个问题。非常清楚的是,光束质量的提高,使得激光能被光学系统聚焦到接近于衍射极限的极小斑点内,这使得高质量的精密加工成为可能。由于热控问题的简化, 高功率的光纤激光器在结构上可以得到很大的简化,整体成本大幅降低,这为光纤激光器进入实际生产过程创造了非常有利的条件。举个典型的例子,如果采用常规的Nd:YAG或Nd:YVO4激光器,60W的单横模输出,光束质量因子(M2)小于1.2,价格约为300万人民币,而采用光纤激光器,同样的技术指标,市场售价不到70万。同样,对于20W的高光束质量的固体激光器,价格不会低于35万人民币(此时,较低的价格只能保证光束质量在低于10W时接近单模),而同样功率的光纤激光器的价格低于10万人民币。正因为如此,高的性价比使得光纤激光在绝大多数的领域正在取代传统的常规灯泵和半导体泵浦的固体激光器。 长期以来,高功率的脉冲紫外激光器是精密激光微加工的首选光源。紫外激光加工相对应的激光处理表面可以具有特殊的完整性与光滑度,这主要源于紫外激光在与物质作用中,其过程是直接将分子撕裂、而并非依赖热作用。传统的灯泵或半导体泵浦的固体激光器,为实现高功率的优质基频光输出,需要极为复杂的热耗控制和热透镜畸变补偿系统,这使得整个激光器在结构上相当复杂,稳定性也成为问题。大功率的紫外激光器因此价格昂贵,这也制约了其在各个领域的广泛应用。若能采
浅析高功率光纤激光器 高功率光纤激光器，是相对于光纤通讯中作为载波的低功率光纤激光器而言（功率为mW级），是定位于机械加工、激光医疗、汽车制造和军事等行业的高强度光源。高功率光纤激光器巧妙地把光纤技术与激光原理有机地融为一体，铸造了21世纪最先进和最犀利的激光器。即使是在激光技术发达的国家，光纤激光器也是尖端、神秘和充满诱惑的代名词。2002年6月，光纤激光器空降中国，震撼了中国激光学术和产业界，引起了尊至院士的深情关注！ 一、光纤技术 光纤激光器的最大特点就是一根光纤穿到底，整台机器高度实现光纤一体化。而那些只在外部导光部分采用光纤传输或者LD泵浦源采用尾纤来耦合的激光器都不是真正意义上的光纤激光器。 光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维，主要广泛应用于光纤通讯，其导光原理就是光的全反射机理。普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯(芯径一般为9-62.5μm)、中间低折射率硅玻璃包层(芯径一般为125μm)和最外部的加强树脂涂层组成。〈见图一〉光纤可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤：中心玻璃芯较细(直径9μm+0.5μm)，只能传一种模式的光，其模间色散很小，具有自选模和限模的功能。多模光纤：中心玻璃芯较粗(50μm+1μm)，可传多种模式的光，但其模间色散较大，传输的光不纯。 用于高功率光纤激光器中的光纤不是普通的通讯光纤，而是掺杂了多种稀有离子、结构更为复杂、耐高辐射的特种光纤---双包层光纤。
双包层光纤比普通光纤在纤芯外多了一个内包层，对泵浦光而言是多模的，直径和受光角较大，能大肆吸收高亮度的多模泵浦光，在光纤内聚集大量的光子。实践证明：横截面为D型和矩形的双包层光纤具有95%的耦合效率因而得到广泛应用。对于脉冲光纤激光器而言，一个重大的课题就是如何提高光纤的耐辐射能力。目前世界上光纤激光器的单脉冲能力可以达到20,000W，一根头发丝大小的光纤如何能承受如此高的激光辐射？所以必须考虑在光纤内掺杂某种特殊离子防止光纤被烧坏。比如掺杂了铈离子的光纤就是在核辐射情况下，既不会因染色而失去透光能力，更不会受热变形。 二、传统固体激光器 激光器说白了就是一个波长转换器---波长短的泵浦光激励掺杂离子转换成长波长的光辐射，它一般由3部分组成：工作物质、谐振腔和泵浦系统。由于光纤激光器本质上属于固体激光器，所以在此仅比较一下传统Nd:YAG激光器的特性。 工作物质： 工作物质是固体激光器的心脏，它的物理性质由基质材料决定，光谱性质由激活离子内的能级结构决定。在YAG单晶体中掺入三价的Nd3+，便构成了目前广泛应用的YAG激光晶体。它主要有如下明显的特点： 1、YAG棒生长速度很慢，一般小于1mm/h。目前最大晶体棒的直径为40mm，长180mm，所以激光增益从根本上受到限制，无法实现特高功率激光输出。
3波长、频率和波速 ●课标要求 1 .理解波长、频率和波速的含义． 2 .掌握波长、频率和波速的关系式，并能应用v＝λ T＝fλ解答有关问题． 3 .知道波速由介质本身决定，频率由波源决定． 4 .注意波动的周期性与多解性问题． ●课标解读 1 .知道什么是波的波长，能从波的图象中求出波的波长． 2 .知道什么是波传播的周期(频率)，理解周期(频率)与质点振动周期(频率)的关系． 3 .理解波在传播过程中的特点． 4 .会用公式v＝λf解答实际的波动问题． ●教学地位 本节课主要学习描述波的三个物理量——波长、频率和波速，是本章的教学重点，也是高考常考的考点之一． ●新课导入建议 同学们游泳时，听笛子独奏，在水面和水中听到的音乐是相同的，为什么呢？你通过本节的学习，将会明白其中的道理． ●教学流程设计 课前预习安排： 1.看教材. 2.学生合作讨论完成【课前自主导学】. 步骤1：导入新课，本节教学地位分析 步骤2：老师提问，学生回答补充，检查预习效果 步骤3：师生互动完成“探究1”老师讲解例题
步骤7：指导学生完成【当堂双基达标】验证学习情况 步骤6：完成“探究3”重在讲解综合应用规律、方法、技巧 步骤5：师生互动完成“探究2”方式同完成“探究1” 步骤4：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评 步骤8：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】 1 . (1)波长 ①定义 在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，通常用λ表示． ②特征 在横波中，两个相邻波峰或两个相邻波谷之间的距离等于波长．在纵波中，两个相邻疏部或两个相邻密部之间的距离等于波长．
半导体激光器 摘要：由于三五族化合物工艺的发展与半导体激光器的多种优点，近几十年来，半导体激光器发展十分迅速，而且在各个领域发挥着越来越重要的作用。本文将介绍半导体激光器的基本理论原理、相关发展历程、研究现状以及其广泛的应用。 1.引言 自1962 年世界上第一台半导体激光器发明问世以来, 半导体激光器发生了巨大的变化, 极大地推动了其他科学技术的发展, 被认为是二十世纪人类最伟大的发明之一[1], 近十几年来, 半导体激光器的发展更为迅速, 已成为世界上发展最快的一门激光技术[2]。激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子阱（单、多量子阱）等多种形式，制作方法从扩散法发展到液相外延(LPE)、气相外延(VPE)、分子束外延(MBE)、金属有机化合物气相淀积(MOCVD)、化学束外延(CBE) 以及它们的各种结合型等多种工艺[3]。由于半导体激光器的体积小、结构简单、输入能量低、寿命较长、易于调制及价格低廉等优点, 使得它目前在各个领域中应用非常广泛。 2.半导体激光器的基本理论原理 半导体激光器又称激光二极管(LD)。它的实现并不是只是一个研究工作者的或小组的功劳，事实上，半导体激光器的基本理论也是一大批科研人员共同智慧的结晶。 早在1953年，美国的冯·纽曼（John Von Neumann）在一篇未发表的手稿中第一个论述了在半导体中产生受激发射的可能性；认为可以通过向PN结中注入少数载流子来实现受激发射；计算了在两个布里渊区之间的跃迁速率。巴丁在总结了这个理论后认为，通过各种方法扰动导带电子和价带空穴的平衡浓度，致使非平衡少数载流子复合而产生光子，其辐射复合的速率可以像放大器那样，以同样频率的电磁辐射作用来提高。这应该说是激光器的最早概念。 苏联的巴索夫等对半导体激光器做出了杰出贡献，他在1958年提出了在半导体中实现粒子数反转的理论研究，并在1961年提出将载流子注入半导体PN结中实现“注入激光器”，并论证了在高度简并的PN结中实现粒子数反转的可能性，而且认为有源区周围高密度的多数载流子造成有源区边界两边的折射率有一差值，因而产生光波导效应。1961年，伯纳德和杜拉福格利用准费米能级的概念推导出了半导体有源介质中实现粒子数反转的条件，这一条件为次年半导体激光器的研制成功提供了重要理论指导。 1960年，贝尔实验室的布莱和汤姆逊提出了用半导体的平行解理面作为产生光反馈的谐振腔，为激发光提供反馈。 回顾这些理论发展历程，可以总结半导体激光器的基本理论原理：在直接带隙半导体PN结中，用注入载流子的方法实现伯纳德—杜拉福格条件所控制的粒子数反转；由高度简并的电子和空位复合所产生的受激光辐射在光学谐振腔内震荡并得到放大，最后产生相干激光输出[4]。 3.半导体激光器发展历程 在上述理论的影响下，以及1960年产生的红宝石激光器的刺激下，美国和苏
小功率脉冲光纤激光器 使用说明书 武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司
安全信息 在使用该产品之前，请先阅读和了解这份用户手册并熟悉我们为您提供的信息。这份用户手册提供了重要的产品操作，安全以及其他信息给您以及所有将来的用户作参考。 为了确保操作安全和产品的最佳性能，请遵循以下注意和警告事项以及该手册的其他信息去操作。 ●锐科公司脉冲光纤激光器是IV级的激光产品。在打开24VDC电源前，要确保连接是 正确的24VDC的电源并确认正负极，错误连接电源，将会损坏激光器。 ●该激光器在1060~1085nm波长范围内发出超过5W、10W、15W、20W、25W、30W （根据不同激光器型号）的激光辐射。避免眼睛和皮肤接触到光输出端直接发出或散射出来的辐射。 ●不要打开机器，因为没有可供用户使用的产品零件或配件。所有保养或维修只能在锐 科公司内进行。 ●不要直接观看输出头，在操作该机器时要确保长期配戴激光安全眼镜。 安全标识及位置 上面二个安全标识符号表示有激光辐射，我们把这符号标在产品光纤盒体盖顶上。
目录 1．产品描述 (1) 1.1 产品描述 (1) 1.2实际配置清单 (1) 1.3使用环境要求及注意事项 (1) 1.4技术参数 (2) 2．安装 (3) 2.1 安装尺寸图 (3) 2.2 安装方法 (4) 3．控制接口 (5) 4．操作程序 (6) 4.1 前期检查工作 (6) 4.2 操作步骤 (6) 4.3打标过程中应注意的事项 (7) 5．质保及返修、退货流程 (7) 5.1一般保修 (7) 5.2保修的限定性 (7) 5.3服务和维修 (8)
高功率脉冲激光应用 High peak power, low power consumption and compact package 峰值功率高，功耗低，紧密封装 Mining, Civil Engineering, Manufacturing, Forest Management, Underwater Topography, … require long range 3D laser scanning and with the most advanced lasers. Keopsys’s KULT (Ultra compact Laser Transmitter) series are the world's most used laser in 3D scanning applications. 采矿、土木工程、制造、森林管理、水下地形等需要远程三维激光扫描和最先进的激光器。Keopsys KULT(超紧凑型激光发射机)系列是世界上使用最多的三维激光扫描设备。 The KULT series, pulsed fiber lasers, cover the major eye safe wavelengths 1,5μm and 2μm but also 532nm and 1μm for specific applications. The KULT lasers provide high energy per pulse in an extremely compact package, making them the preferred lasers in many 3D scanning systems. KULT系列脉冲光纤激光器覆盖主要的人眼安全波长1.5μm、2μm以及532 nm和1μm，用于特定应用场合。KULT激光器在极其紧凑封装的条件下能提供高能量脉冲,使其成为三维激光扫描系统的首选。 In terms of high peak power, power consumption and compact package, KEOPSYS has one of the best offers on the market. We have developed very strong partnership with the leading manufacturers of 3D scanning systems. Our experienced and highly educated team will work with you to design custom solutions for your next generation scanner. 在高峰值功率、低功耗、紧凑封装方面，KEOPSYS拥有市场上最好的产品之一。我们已经和领先的三维扫描系统制造商建立了强力合作关系。我们的经验和高精尖团队将与您合作，为您的下一代扫描设备制定解决方案。 Telemetry for environmental and industrial surveys Range-Finding and Speed sensing for collission avoidance
2009年度浙江省科技计划重大科技专项项目项目可行性报告及经费概算 重大科技专项名称：重大应用电子技术和新型电子元器件（一）光电子集成器件的研发 项目名称：高功率脉冲光纤激光器的系列关键技术及其设备研究 申请日期：2008年05月
一、项目可行性报告 （一）立项的背景和意义。 激光技术的发展自20世纪六十年代激光问世以来，已经极大地改变了现代人的思想观念和生活质量。大功率的光纤激光作为一种特殊的光源，近几年来其发展势头之猛，已经远远超出人们当初的想象。本项目将针对高功率脉冲光纤激光器在二个主要方面的应用，即作为精密微加工应用的激光光源和激光频率变换系统的泵浦光源开展工作，研制高品质的高功率脉冲光纤激光器，特别是线偏振输出的高功率脉冲光纤激光器。 随着科学的发展和社会的进步，高效、环保、精密的绿色加工正在从概念走向现实。作为一种蓬勃发展的高新技术，激光加工技术近年来已经在各方面显示绿色加工特有的优势，如采用高功率二氧化碳激光器的金属切割、焊接，采用高功率Nd：YAG激光器的钻孔、刻划、打标等等，都在所应用领域极大地提高了生产效率和产品的质量，降低了工作强度，减少了环境污染。典型的如，大家非常熟悉的原先采用传统手工刻制的公司和私人印章，其加工工艺已经毫无例外地被激光雕刻机加工所取代，其加工的时间也从原来的几天缩短到目前的不到半小时。国际上一些著名的飞机和汽车生产企业，如波音、空客、大众、奔驰等公司都已经在生产中引入了激光加工生产线，作为典型例子，空客公司的正在试飞、即将投入正式运营的空客A380，正是由于其有效地采用了激光加工技术，提高了加工的精度，因此才能在进一步提高飞机机械强度的同时，大幅度地减少飞机本身的重量，从而为大幅度提高载客量奠定了基础。因为机体体积的显著增大，毫无疑问将使得对机身强度和重量的要求大幅度提高，很难想象，如果没有激光加工技术的广泛应用，空客A380能否实现从原来的载客300人左右提高到目前的580人。 与一般传统的加工用高功率激光器相比，近二年在国际上突飞猛进的光纤激光器具有独特的优点。由于单模光纤独特的光束限制作用，使得光纤激光的光束质量并不会由于激光功率的增加而降低，光纤本身特有的大表面积，又使得严重影响常规固体激光器光束质量的热畸变问题在光纤激光器中也不再是一个问题。非常清楚的是，光束质量的提高，使得激光能被光学系统聚焦到接近于衍射极限的极小斑点内，这使得高质量的精密加工成为可能。由于热控问题的简化，
STM10和STM20高能量脉冲光纤激光器 STM10和STM20光纤激光器通过光纤传输，适合于激光打标、雕刻、微加工和表面处理。脉冲重复率和输出激光功率由8位TTL信号或USB控制。激光器可以包括隔离器、扩束镜、聚焦镜和红光指示。 工作原理 光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维，其导光原理是利用光的全反射原理，即当光以大于临界角的角度由折射率大的光密介质入射到折射率小的光疏介质时，将发生全反射，入射光全部反射到折射率大的光密介质，折射率小的光疏介质内将没有光透过。普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯、中间低折射率硅玻璃包层和最外部的加强树脂涂层组成。光纤按传播光波模式可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤的芯径较小，只能传播一种模式的光，其模间色散较小。多模光纤的芯径较粗，可传播多种模式的光，但其模间色散较大。按折射菲菲内部可分为阶跃折射率光纤和渐变折射率光纤。 以稀土掺杂光纤激光器为例，掺有稀土离子的光纤芯作为增益介质，掺杂光纤固定在两个反射镜间构成谐振腔，泵浦光从M1入射到光纤中，从M2输出激光。当泵浦光通过光纤时，光纤中的稀土离子吸收泵浦光，其电子呗激励到较高的激发能级上，实现了离子数反转。反转后的粒子以辐射形成从高能级转移到基态，输出激光。 特性 由于光纤激光器采用的工作介质具有光纤的形式，其特性要受到光纤渡导性质的影响。进入到光纤中的泵浦光一般具有多个模式，而信号光电可能具有多个模式，不同的泵浦模式对不同的信号模式产生不同的影响，使得光纤激光器和放大器的分析比较复杂，在很多情况下难以得到解析解，不得不借助于数值计算。光纤中的掺杂分布对光纤激光器也产生很大的影响，为了使介质具有增益特性，将工作离子（即杂质）掺杂进光纤。一般情况下，工作离子在纤芯中均匀分布．但不同模式的泵浦光在光纤中的分布是非均匀的。因而，为了提高泵浦效率，应该尽量使离子分布和泵浦能量的分布相重合。在对光纤激光器进行分析时，除了基于前面讨论的激光器的一般原理，还要考虑其自身特点，引入不同的模型和采用特殊的分析方法，以达到最好的分析效果。 和传统的固体、气体激光器一样，光纤激光器也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器，增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔。泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发发射。所产生的自发发射光经受激放大和谐振腔的选模作用后，最终形成稳定激光输出。 技术指标
波长、频率和波速 编稿：张金虎审稿：吴嘉峰 【学习目标】 1．知道波长、频率的含义。 2．掌握波长、频率和波速的关系式，并能应用其解答有关问题。 3．知道波速由介质本身决定，频率由波源决定。 【要点梳理】 要点一、波长、频率和波速 1．波长、频率和波速 （1）波长． 两个相邻的运动状态总是相同的质点间的距离，或者说在振动过程中，对平衡位置的位移总是相等的两个相邻质点间的距离叫做波长．例如，在横波中两个相邻波峰（或波谷）之间的距离，在纵波中两个相邻密部（或疏部）之间的距离都等于波长．波长用 ?表示． （2）频率． 由实验观测可知：波源振动一个周期，其他被波源带动的质点也刚好完成一次全振动，且波在介质中往前传播一个波长．由此可知，波动的频率就是波源振动的频率．频率用f表示． （3）波速． 波速是指波在介质中传播的速度． 要点诠释：①机械波的波速只与传播介质的性质有关．不同频率的机械波在相同的介质中传播速度相等；同频率的横波和纵波在相同介质中传播速度不相同．②波在同一均匀介质中匀速向前传播，波速”是不变的；而质点的振动是变加速运动，振动速度随时间变化． 2．波长、频率和波速之间的关系 在一个周期的时间内，振动在介质中传播的距离等于一个波长，因而可以得到波长?、频率f（或周期T）和波速v三者的关系为：vT??． 根据1Tf?，则有vf??。 3．波长?、波速v、频率f的决定因素 （1）周期或频率，只取决于波源，而与v?、无直接关系． （2）速度v取决于介质的物理性质，它与T?、无直接关系．只要介质不变，v 就不变，而不取决于T?、；反之如果介质变，v也一定变． （3）波长?则取决于v和T。只要vT、其中一个发生变化，其?值必然发生变化，
放大器论文半导体激光器论文 半导体激光器的历史状况及应用 摘要在近几十年来,半导体激光技术得到了十分迅速的发展,在现实生活中的很多领域都有十分广泛的应用,而且在未来的生活中也会扮演着重要的角色。本文主要介绍了半导体激光器的历史现状及现实生活中的应用,以此来说明半导体激光器的重要性。 关键词半导体激光器;历史状况;运用 0 引言 激光器的结构从同质结发展成单异质结、双异质结、量子阱(单、多量子阱) 等多种形式,制作方法从扩散法发展到液相外延(LPE)、气相外延(VPE)、分子束外延(MBE)、金属有机化合物气相淀积(MOCVD)、化学束外延(CBE)以及它们的各种结合型等多种工艺[5]。半导体激光器的应用范围十分广泛,而且由于它的体积小,结构简单,输入能量低,寿命长,易于调制和价格低等优点,使它已经成为当今光电子科学的 核心技术,受到了世界各国的高度重视。 1 半导体激光器的历史 半导体激光器又称激光二极管(LD)。随着半导体物理的发展,人们早在20世纪50年代就设想发明半导体激光器。 20世纪60年代初期的半导体激光器是同质结型激光器,是一种只能以脉冲形式工作的半导体激光器。在1962年7月召开的固体器
件研究国际会议上,美国麻省理工学院林肯实验室的两名学者克耶斯(Keyes)和奎斯特(Quist)报告了砷化镓材料的光发射现象。 半导体激光器发展的第二阶段是异质结构半导体激光器,它是由两种不同带隙的半导体材料薄层,如GaAs,GaAlAs所组成的激光器。单异质结注人型激光器(SHLD),它是利用异质结提供的势垒把注入电子限制在GaAsP一N结的P区之内,以此来降低阀值电流密度的激光器。 1970年,人们又发明了激光波长为9 000?在室温下连续工作的双异质结GaAs-GaAlAs(砷化稼一稼铝砷)激光器.在半导体激光器件中,目前比较成熟、性能较好、应用较广的是具有双异质结构的电注人式GaAs二极管激光器. 从20世纪70年代末开始,半导体激光器明显向着两个方向发展,一类是以传递信息为目的的信息型激光器;另一类是以提高光功率为目的的功率型激光器。在泵浦固体激光器等应用的推动下,高功率半导体激光器(连续输出功率在100W以上,脉冲输出功率在5W以上,均可称之谓高功率半导体激光器)在20世纪90年代取得了突破性进展,其标志是半导体激光器的输出功率显著增加,国外千瓦级的高功率半导体激光器已经商品化,国内样品器件输出已达到600W。另外,还有高功率无铝激光器、红外半导体激光器和量子级联激光器等等。其中,可调谐半导体激光器是通过外加的电场、磁场、温度、压力、掺杂盆等改变激光的波长,可以很方便地对输出光束进行调制。
光纤激光器常见问题解答 1. 我现在使用的是灯泵浦YAG激光器，改用光纤激光器会给我带来哪些好处？ ?光纤激光器的电光转换效率高达28 %，而灯泵浦YAG激光只有1.5%～2% ?不用更换灯管，因而更加省钱：光纤激光器中使用了寿命长达10万小时的电信级单芯结半导体激光管 ?所有功率级的光斑大小和形状都是固定的 ?免维护或低维护 ?备件极少 ?风冷或基本不需要冷却 ?体积相当小 ?工作距离更长 ?不需要调整 ?无需预热，立即可用 2. 哪里能够买到光纤激光器的光束传送部件？ 目前，所有第三方光束传送部件制造商都可提供光纤激光器使用的光束传送部件，IPG可为您提供制造商名单。 3.原有的YAG光束传送部件是否还能使用？ 基本可以，但是需要使用适配器对IPG光纤连接器进行转换。有些情况下为了充分发挥光纤激光器的优势，需要提高焦距。 4. 这些激光器产品是否能够集成在我现在的工作单元内？ 可以，光纤激光器配备了各种工业接口，能够很容易地对接标准的工业控制装置。 5. 有提供交钥匙服务的系统集成商吗？ 有，有许多多年从事光纤激光器交钥匙服务的系统集成商，IPG可提供交钥匙服务集成商和OEM的名单。 6. 光纤激光器有质保服务吗？ 在业内，IPG提供的质保期最长：光纤激光器的标准质保期为购买后整2年时间，IPG最长可提供8年质保期，详情请与我们的销售人员联系。 7. 哪里能够实际观摩到光纤激光器产品？ IPG在许多地方设有应用开发设施，包括马萨诸塞州牛津市、密歇根州的底特律市、德国的Burbach 市、日本的横滨市，目前我们正计划在俄罗斯、中国和牛津总部建立增设新的应用开发设施。另外，我们还在北美、欧洲、亚洲的多所大学内设有光纤激光器技术研究中心。 8. 你们的竞争对手说你们的光纤激光器存在后向反射的问题，是真的吗？ 说这些话的人并不熟悉光纤激光器技术，如果传送光纤选择合适的话，我们的数千瓦功率低模光纤激光器不会发射后向反射问题。单模激光都很少出现这种问题。但是，如果后向反射太高的话，设备一旦检测到会自动关闭。使用隔离器也能消除该问题。IPG已经有无数的设备应用在铜和铝等高反光材料的切割和焊接领域。
高功率光纤激光器是光纤材料中掺杂了稀土元素，连续激光功率达到百瓦、千瓦甚至万瓦级的光纤激光器，高功率光纤激光器已成为光通信领域的另一个研究热点，能够提供高增益,输出符合光通信低损耗窗口的激光,并且可以用半导体激光器作为泵浦源,既经济又实惠。 目录 高功率光纤激光器的特点 几种高功率光纤激光器主要参数 高功率光纤激光器的结构 高功率光纤激光器的应用 我国高功率光纤激光器现状 高功率光纤激光器的特点 *转换效率高（可高达20%）； *寿命长（平均无故障工作时间在10万小时以上）； *可在恶劣的环境下工作（由于其共振腔置于光纤内部，即使在高冲击，高震动，高湿度，有灰尘的条件下皆可正常运转，而环境温度范围允许在-20 C至+70 C之间）； *无论是连续或脉冲的运转方式皆无需庞大的水冷或风冷系统.只需一般的散热体或简便的风冷即可， *其外型紧凑体积小（光纤激光器模块的体积大约有一本字典的大小）； *方便光纤导出； *易于系统集成； *无有体积庞大的电源系统。 几种高功率光纤激光器主要参数 工作点上的激光功率输出光束参数工作点上的聚焦直径# 300W <0.7mm*mrad <30mm 500W <1.4mm*mrad <50mm 700W <1.4mm*mrad <50mm #在焦长超过150mm处 高功率光纤激光器的结构 工作物质-----双包层特种光纤： 1、单模纤芯由掺镱离子等元素的石英材料构成，作为激光振荡通道；而内包层则由横向尺寸和数值孔径比纤芯大的多、折射率比纤芯小的纯石英材料构成，它是接受多模LD泵浦光的多模光纤；正是因为掺杂激活纤芯和接受多模泵浦光的多模内包层分开，才得以实现了多模光泵浦而单模光输出的可能，从而无形化解了激光功率和光束质量这一矛盾。 2、整个双包层光纤采用D型等结构，旋光效应小，吸收充分，光光转换80%以上。 3、光纤两侧生出无数杈纤，每分衩可与带尾纤的LD无缝耦合形成分点泵浦，可极大地提高输出功率，同时又避免了传统端泵带来的一系列热效应问题。 1、光纤采用比普通玻璃性能更好的石英材料制成，同时掺杂耐高辐射离子，整段光纤可承受高达10,000W的激光能量而不会出现热损伤情况。 2、Yb3+没有激发态吸收，可高浓度掺杂，同时光纤可达几百米，一可大大提高激光增益，二又增大了散热面积；光纤盘在热沉上，简单风冷便可稳定工作。 3、Yb3+的吸收谱比Nd3+要宽10倍，对LD光源模式十分宽松，几乎不受波长温漂的影响，可大大转换效率。 4、Yb3+能级为简单的二能级，亚稳态寿命是Nd3+的三倍，小功率泵源就可在激发态积累贮存大量的能量，十分合适在极窄的纤芯内形成高密度的离子数反转，从而可输出稳定的强激光。 光学谐振腔----光纤光栅： 1、光纤光栅是利用光纤材料的光敏性：即外界入射光子和纤芯相互作用而引起后者折射率的永久性变化，用紫外激光直接写入法在单模光纤的纤芯内形成的空间相位光栅，其实质是在纤芯内形成一个窄带的滤光器或反射镜。 2、