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大模场面积光纤高功率光纤激光器与光纤放大器随着大功率半导体激光技术的发展，半导体激光泵浦的固体激光器（DPSSL）在很大程度上克服了灯泵浦固体激光器的效率低、规模难以扩大、亮度随规模扩大而增大有限、介质热变形导致的光束质量下降等问题。
随着半导体激光器阵列价格的下降和固体激光器性能的提高，高功率DPSSL必将获得更为广泛的应用。
虽然DPSSL相对于CO2和灯泵Nd：YAG具有很大的优越性和竞争力，但由于在激光产生时总有一部分能量以无辐射跃迁的方式转换为热，对于常规的棒状DPSSL，高功率时存在严重的热透镜和热致双折射效应，从而使得光束质量下降。
这部分热能量如何从棒状激光介质中散发、排除，成为获得高光束质量、高功率输出的关键。
将块状激光介质做成薄片或拉成细长光纤形状，将会有效增大散热表面积，使表面积/体积比大大提高，有利于固体激光器散热问题的解决，这就是高功率固体激光器发展的两个重要方向：薄片激光器和光纤激光器。
通常所说的光纤激光器，就是采用光纤作为激光介质的激光器，通过在光纤基质材料中掺杂不同的稀土离子，获得所对应波段的激光输出。
对于常规的单模光纤激光器，要求注入到纤芯的泵浦光也必须为单模，这限制了泵浦光的入纤效率，导致光纤激光器的输出功率和效率较低。
双包层光纤的提出，为提高光纤激光器的输出功率和转换效率提供了有效的技术途径，改变了光纤激光器只能作为一种小功率光子器件的历史。
考虑到量子转换效率、抗激光损伤阈值和基底损耗等原因，掺镱石英双包层光纤是实现高功率光纤激光器或放大器的最佳选择。
随着双包层光纤制作工艺和高功率半导体激光泵浦技术的发展，单根双包层光纤激光器的输出功率逐步提高，连续输出功率已经达到千瓦级。
大模场面积双包层光纤双包层光纤中折射率呈典型的阶跃式分布，对于圆形的掺杂纤芯，双包层光纤激光器能否实现单模激光输出，取决于纤芯的直径d和数值孔径NA0，实际的单模条件为归一化频率。
要保证双包层光纤激光器实现单模激光输出，纤芯的参数必须满足上述条件。
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。
mopa光纤激光器的原理与结构MOPA光纤激光器是一种基于光纤技术的激光器，它具有独特的原理和结构。
本文将介绍MOPA光纤激光器的工作原理和结构，并探讨其在实际应用中的优势和局限性。
让我们来了解一下MOPA光纤激光器的工作原理。
MOPA激光器是由Master Oscillator（母振荡器）和Power Amplifier（功率放大器）两部分组成的。
母振荡器产生一个相对较低功率的激光信号，而功率放大器将这个信号放大到较高功率。
这种结构使得MOPA光纤激光器具有灵活的调控能力和高功率输出的特点。
MOPA光纤激光器的结构相对简单。
它由光纤、光纤连接器、泵浦光源、泵浦光纤、光纤耦合器、光纤放大器、输出耦合器等组件组成。
其中，泵浦光源产生高能量的泵浦光，通过泵浦光纤输送到光纤放大器中，光纤放大器将泵浦光能量转化为激光能量，并通过输出耦合器输出。
MOPA光纤激光器相比传统的固态激光器具有许多优势。
首先，由于采用光纤作为传输介质，MOPA光纤激光器具有较高的光束质量和较窄的光谱线宽，能够产生较为纯净的激光输出。
其次，光纤的柔性使得光纤激光器在实际应用中更加便捷和灵活。
此外，光纤激光器具有较高的光电转换效率和较长的使用寿命，能够满足工业生产中对高效、稳定激光源的需求。
然而，MOPA光纤激光器也存在一些局限性。
首先，由于光纤的特性，光纤激光器在高功率输出时容易受到光纤损伤的影响，需要特殊的光纤材料和结构设计来克服这个问题。
其次，光纤激光器的成本相对较高，对于一些低成本应用来说可能不太适合。
此外，光纤激光器在一些特殊波长的输出上受到限制，需要进一步的技术突破和创新。
让我们来看一下MOPA光纤激光器的应用领域。
由于其高功率、高光束质量和稳定的特性，MOPA光纤激光器被广泛应用于激光雕刻、激光打标、激光焊接、激光切割等领域。
特别是在精细加工、电子制造、汽车制造等行业中，MOPA光纤激光器展示出了其独特的优势。
MOPA光纤激光器是一种基于光纤技术的激光器，具有灵活的调控能力和高功率输出的特点。
第17卷 第9期强激光与粒子束Vol.17,No.9 2005年9月H IGH POWER L ASER AND PA R TICL E B EAMS Sep.,2005 文章编号: 100124322(2005)0921341203包层泵浦f s光纤放大器的实验研究3沈 华1,2, 丁广雷1,2, 王屹山1, 赵 卫1(1.中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室,陕西西安710068;2.中国科学院研究生院,北京100039) 摘 要: 在实验上对双包层光纤放大器进行了研究。
采用新型内包层为六边形的铒镱共掺双包层光纤作为放大介质,用带尾纤的半导体激光器进行泵浦,对f s光脉冲进行放大。
当用2.5W的入纤功率泵浦50cm长的双包层铒镱光纤时,把平均功率为10.8mW、重复频率20.84M Hz的激光放大到176mW,增益为12.2dB,相应的单脉冲能量为8.1nJ,放大后脉冲宽度为480f s,峰值功率为16kW。
关键词: 铒镱共掺; 双包层光纤; f s脉冲; 光纤放大器 中图分类号: TN248.1 文献标识码: A f s激光脉冲具有极高的峰值功率,与物质相互作用会产生许多新现象和新研究领域,如强光光学、超快速非线性光学、光孤子通信、T Hz脉冲雷达、多光子电离、激光等离子体等。
对于波长1.5μm的通讯波段,f s激光脉冲由于它极短的脉冲宽度和与之相伴的宽带宽,将为提高光学时分复用和波分复用的信道数目提供方便,从而大大增加光纤通讯的容量。
目前普通的f s光纤激光器件主要采用单模光纤作为激光介质,对泵浦源的激光模式要求高,并且泵浦功率不高,耦合效率低,输出功率只有几mW,这比f s固体激光器低几个数量级。
掺铒光纤放大器(EDFA)具有增益高、噪声小、偏振不敏感、输出功率大、与传输速率无关等特点,能补偿长距离传输后光纤的损耗。
1985年英国南安普顿大学首先研制了掺铒光纤放大器[1]。
基于MOPA结构的1064nm单频光纤激光器朱志坚; 薛竣文; 王玉珂; 孙鲁; 苏秉华【期刊名称】《《激光技术》》【年(卷),期】2019(043)006【总页数】4页(P800-803)【关键词】激光技术; 光纤激光器; 单频; 受激布里渊散射【作者】朱志坚; 薛竣文; 王玉珂; 孙鲁; 苏秉华【作者单位】北京理工大学光电学院北京 100081; 北京理工大学珠海学院光电成像技术与系统教育部重点实验室(珠海分室) 珠海 519088【正文语种】中文【中图分类】TN248.1引言光纤激光器具有体积小、易维护、光束质量高和免调节的优点，广泛应用于光纤通信、汽车制造、雕刻、打标和激光切割等领域[1-4]。
作为光纤激光技术领域一个重要的分支，单频激光器除了上述优点外，还具有超窄光谱线宽、超长相干长度等特征，在引力波探测、相干激光雷达和非线性频率转换等领域有着重要的应用前景。
单频光纤激光器一般采用线性短腔和环形腔结构[5]。
2012年，华南理工大学的ZHANG等人报道了一种输出波长为1080nm的分布布喇格反射(distributed Bragg reflection，DBR)短腔单频光纤激光器，最大功率达到90mW[6]。
2016年，天津大学的SHI等人基于石英玻璃光纤的光纤激光系统，实现了930nm到2μm波段的单纵模运转[7]。
光纤线性短腔和环形腔在一定程度上受谐振腔长度、光纤芯径、损伤阈值和调模现象等因素影响，难以实现高功率稳定输出。
主振荡功率放大器(master oscillator power amplifier，MOPA)结构具有将窄线宽的小功率种子光进行放大的作用，输出光特性可由种子光进行控制，可实现单频窄线宽激光的高功率稳定输出[8-9]。
此外，全光纤MOPA结构可实现模块化，能对多种窄线宽种子源进行放大。
在MOPA光纤激光器的实现中，输出光的光束质量和输出功率受到多种因素的约束。
其中，放大自发辐射(amplified spontaneous emission，ASE)和自激振荡对输出光的光束质量有显著的影响，而受激布里渊散射(stimulated Brillouin scattering，SBS)则主要限制激光的高功率输出。
光纤放大器的设计与性能分析光纤放大器（Optical Fiber Amplifier，OFA）是一种将输入信号放大并输出的光学器件。
它利用光纤中的受激辐射（Stimulated Emission）的原理来实现信号的放大，广泛应用于光通信、光传感等领域。
以下将对光纤放大器的设计与性能进行分析。
一、光纤放大器的设计要点1.放大介质：光纤放大器的核心是光纤，可以使用具有高掺杂浓度的光纤来增加放大效果。
常用的放大介质有掺铒光纤、掺镱光纤等。
2.泵浦光源：光纤放大器需要泵浦光源来提供能量，激发放大介质中的激发态粒子。
常用的泵浦光源有半导体激光器和光纤光源。
3.反射镜：在光纤放大器的两端放置反射镜，形成光纤光路的闭合环境，提高光信号的传输效率。
二、光纤放大器的性能分析1.增益与噪声：光纤放大器的核心指标是增益和噪声。
增益是指输入信号经过放大器后的输出信号与输入信号之间的功率比值。
噪声是指输入信号经过放大器后引入的额外噪声功率。
通常，光纤放大器要追求高增益和低噪声。
2.带宽与增益平坦度：光纤放大器在不同频率下的增益应保持一致，即增益应具有较宽的频率响应特性。
增益平坦度定义了增益在特定频段内的变化情况。
为了满足光通信系统对信号频谱带宽的要求，光纤放大器需要具有宽带宽和较好的增益平坦度。
3.动态范围：光纤放大器的输入信号功率范围称为动态范围，它表示了放大器能够处理的输入信号功率的范围。
较大的动态范围可以提高放大器的适应性和鲁棒性。
4.功耗：光纤放大器的功耗也是一个重要指标，特别是在大规模部署时。
低功耗的设计可以减少系统的能耗，提高整体效率。
5.稳定性与可靠性：光纤放大器在应用中需要具有较高的稳定性和可靠性。
放大器的输出功率应该与输入信号功率的变化无关，以确保信号传输的稳定性。
三、光纤放大器的优化与改进1.增益改进：可以通过优化光纤的材料和结构，或是采用双光子吸收等技术来提高增益。
2.噪声降低：可以通过减小斯托克斯自发辐射（Spontaneous Emission）和链路中散射等方式来降低噪声。
实验五 光纤激光器与光纤放大器的设计实验一、实验目的1、掌握掺铒有源光纤的增益放大特性；2、掌握光纤激光器的原理及其基本结构，掌握光纤激光器的设计及其波长调谐方法；3、掌握光纤放大器的原理及其基本结构，掌握光纤放大器的设计以及基本特性参数的测试方法。
二、实验原理（一）光纤激光器的基本结构光纤激光器和其它激光器一样，由能产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和激励光跃迁的泵浦源三部分组成。
纵向泵浦的光纤激光器的结构如图1所示。
图1 光纤激光器原理示意图一段掺杂稀土金属离子的光纤被放置在两个反射率经过选择的腔镜之间，泵浦光从左面腔镜耦合进入光纤。
左面镜对于泵浦光全部透射和对于激射光全反射，以便有效利用泵浦光和防止泵浦光产生谐振而造成输出光不稳定。
右面镜对于激射光部分透射，以便造成激射光子的反馈和获得激光输出。
这种结构实际上就是Fabry-perot 谐振腔结构。
泵浦波长上的光子被介质吸收，形成粒子数反转，最后在掺杂光纤介质中产生受激发射而输出激光。
激光输出可以是连续的，也可以是脉冲形式的，依赖于激光工作介质。
对于连续输出，激光上能级的自发发射寿命必须长于激光下能级以获得较高的粒子数反转。
通常当激光下能级的寿命超过上能级时只能获得脉冲输出。
光纤激光器有两种激射状态，一种是三能级激射，另一种是四能级激射，图2(a)、(b)分别表示三能级和四能级系统的跃迁系统的简化能级图。
两者的差别在于较低能级所处的位置。
在三能级系统中，激光下能级即为基态，或是极靠近基态的能级。
而在四能级系统中激光下能级和基态能级之间仍然存在一个跃迁，通常为无辐射跃迁，电子从基态提升到高于激光上能级的一个或多个泵浦带，电子一般通过非辐射跃迁到达激光上能级。
泵浦带上的电子很快弛豫到寿命比较长的亚稳态，在亚稳态上积累电子造成粒子数多于激光下能级，既形成粒子数反转。
电子以辐射光子的形式放出能量回到基态。
这种自发发射的光子被光学谐振腔反馈回增益介质中诱发受激发射，产生与诱发这一过程的光子性质完全相同的光子，当光子在谐振腔内所获得的增益大于其在腔内损耗时，就会产生激光输出。
