光纤激光器的简介ppt
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Resonant Fiber Laser光纤激光器BY 12046210目录概述原理特性光纤激光器优势光纤激光器关键技术总结光纤激光器概述自从光纤激光器问世后,高功率光纤激光器成为激光领域最为活跃的研究方向之一。
随着新型泵浦技术的采用和大功率半导体激光器制造工业的进一步发展成熟,光纤激光器得到了飞速发展。
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,作为其他激光器的泵浦源等等。
从原理上来讲光纤激光器和传统的固体、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。
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,其电子被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。
光纤激光器作为第三代激光技术的代表,具备很多优势(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。
目录第一章、激光基础第二章、激光器第三章、光纤的特性第四章、光纤激光器第五章、实验室激光器型号及操作安全第一章激光基础1.1什么是激光激光在我国最初被称为“莱赛”,即英语“Laser”的译音,而“Laser”是“Light amplification by stimulated emission of radiation”的缩写。
意为“辐射的受激发射光放大”,大约在1964年,根据钱学森院士的建议,改名为“激光”。
激光是通过人工方式,用光或者放电等强能量激发特定的物质而产生的光。
激光的四大特性:高亮度、高单色性、高方向性、高相干性。
具有高亮度的激光束经过透镜聚焦后,能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温,这就使其能够加工几乎所有材料。
由于激光的单色性极高,从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上,得到很高的功率密度。
1.2激光产生的基本理论1.2.1原子能级和辐射跃迁按照玻尔的氢原子理论,绕原子核高速旋转的电子具有一系列不连续的轨道,这些轨道称为能级,如图1-1。
图1-1 原子能级图当电子在不同的能级时,原子系统的能量是不相同的,能量最低的能级称为基态。
当电子由于外界的作用从较低的能级跃迁到较高的能级时,原子的能量增图1-2 电子跃迁图加,从外界吸收能量。
反之,电子从较高能级跃迁到较低能级时,向外界发出能量。
在这个过程中,若原子吸收或发出的能量是光能(辐射能),则称此过程为辐射跃迁。
发出或吸收的光的频率满足普朗克公式(hv=E2-E1)。
1.2.2受激吸收、自发辐射、和受激辐射受激吸收:处于低能级上的原子,吸收外来能量后跃迁到高能级,则称之为受激吸收。
自发辐射:由于物质有趋于最低能量的本能,处于高能级上的原子总是要自发跃迁到低能级上去,如果跃迁中发出光子,则这个过程称为自发辐射。
两个能级之间的能量差越大,自发辐射过程所放出的光子频率就越高。
如同弹琴,如果用力拉紧琴弦,琴发出的音调频率就高,反之则低。
自发辐射光极为常见,普通光源的发光就包含受激吸收与自发辐射过程。
光纤激光器简介二、光纤激光器的结构和类型1.光纤激光器的结构要产生激光,必须具备工作介质、泵浦源和谐振腔这三个基本条件。
光纤激光器一般是采用掺杂光纤作为工作介质,以光纤光栅、光纤环形镜或光纤端面等作为反射镜来构成反馈腔。
光纤激光器普遍采用光泵浦,泵浦被耦合进光纤,由于光纤纤芯很细,在泵浦光的作用下光纤内容易形成高功率密度,造成激光工作介质的能级上“粒子数反转”,再加上合适的反馈装置构成谐振腔,就能够产生激光振荡。
1.1 泵浦方式(1)小功率LD端面泵浦.。
采用一定的耦合系统将泵浦光会聚到较小的激光介质表面,可以实现激光器表面处的高泵浦功率密度,实现对激光介质的高效泵浦.这种小功率激光器的单模纤芯直径只有9um,它只能采用端面泵浦,无法承受太高的功率密度。
同时单模纤芯对LD的模式提出了严格的要求,只有单模光才可以耦合进纤芯进行有效泵浦,但是大功率单模LD至今无法实现,该种结构一直局限于光通信领域。
(2)高功率泵浦.其中一个典型的结构及时采用杈纤进行侧面泵浦,其结构如图1.2 谐振腔结构(1)线形腔a. DBR光线激光器. DBR光纤激光器使用两个较高反射率的光纤光栅作为反射镜,将其置于掺杂光纤的两端,构成线形激光谐振腔来增强模式选择。
b.DFB光纤激光器. 是利用直接在稀土掺杂光纤写入的光栅来构成谐振腔的。
(2)环形腔光纤环形谐振腔的结构如图..1.3增益介质现在大部分的光线激光器都采用掺杂光纤作为增益介质。
目前,比较成熟的有源光纤中掺入的稀土离子有Er3+、Nd3+、Yb3+。
掺铒光纤在1.55um波长具有很高的增益,对应低损耗第三通信窗口,由于其潜在的应用价值,掺铒光纤激光器发展十分迅速。
掺镱光纤激光器是1.0-1.2um 波长的通用源,Yb3+具有相当宽的吸收带(800-1064nm)以及相当宽的激发带(970-1200nm),故泵浦源的选择非常广泛且泵浦源和激光都没有受激态吸收。
2.光纤激光器的类型2.1 按照光纤材料的种类,光纤激光器可分为:(1) 晶体光纤激光器。