光纤激光器的分类

光纤激光器分类
1. 连续波光纤激光器：发射连续的光波，主要用于科学研究、医疗器械和材料加工等领域。

2. 脉冲波光纤激光器：发射脉冲光波，主要用于雷达、制造领域、材料处理和医学设备等领域。

3. 固态激光器：采用固态材料做为激光介质，其中最常见的是钕玻璃激光器和钴蓝宝石激光器。

主要用于成像、探测、材料加工、高效率绿光激光器等领域。

4. 气体激光器：以某些气体做为激光介质的激光器，其中最常见的是CO2激光器、氦氖激光器和二氧化碳激光器。

主要用于材料处理和业务开展等领域。

光纤激光器目录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。

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、大型基础建设等等。

编辑本段光纤激光器的类型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。

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。

2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。

3稀土类掺杂光纤激光器。

光纤的基质材料是玻璃，向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活，而制成光纤激光器。

4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。

编辑本段光纤激光器的优势光纤激光器作为第三代激光技术的代表，具有以下优势：（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，所以上转换效率较高，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。

（6）由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点，这是传统激光器无法比拟的。

（7）光纤导出，使得激光器能轻易胜任各种多维任意空间加工应用，使机械系统的设计变得非常简单。

（8）胜任恶劣的工作环境，对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。

光纤激光器特点分类光纤激光器分类特点光纤激光器是指以光纤为基质掺入某些激活离子作做成工作物质,或者是利用光纤本身的非线性效应制作成的一类激光器.Nd2o3的光纤激光器是于1963年首先研制成功。

光纤激光器是一种新颖的有源光纤器件。

它的主要特点是：（1）光纤的芯径很细（10-15um），光纤内易形成的泵浦光功率密度，且单摸状态下激光与泵浦光可充分耦合，因此光纤激光器的能量转换效率高，激光阀值低；（2）工作物质可以做的很长，因此可获得很高的总增益；（3）腔镜可直接镀在光纤端面，或采用定向耦合起方式构成谐振腔，且由于光纤具有良好的柔绕性，而可以设计成相当紧凑的激光器构型；（4）光纤基质具有很宽的荧光光谱，并且还具有相当多的可调参数和选择性，因此，光纤激光器可以获得相当宽的调谐范围和好积的单色性。

光纤激光器的类型按照光纤材料的种类，光纤激光器可分成一下几种类型：一：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；二：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；三：稀土类掺杂光纤激光器光纤的基质材料是玻璃，向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活，而制成光纤激光器；四：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。

光纤激光器的迅速发展是基于近年来的光纤技术{拉晶体光纤技术、稀土掺杂光纤技术、单摸低损耗光纤和光纤耦合技术等}和大功率半导体激光技术的突破性进展。

特别是采用半导体激光二极管（ld）作为泵浦源，以其小体积和高效率为光纤激光器的实用化奠定了基础。

目前，光纤激光器已进入实用化阶段，已见有连续输出功率几千瓦，峰值功率几万千瓦。

半导体激光器半导体激光器又称激光二极管(LD)。

进入八十年代，人们吸收了半导体物理发展的最新成果，采用了量子阱(QW)和应变量子阱(SL-QW)等新颖性结构，引进了折射率调制Bragg发射器以及增强调制Bragg发射器最新技术，同时还发展了MBE、MOCVD及CBE等晶体生长技术新工艺，使得新的外延生长工艺能够精确地控制晶体生长，达到原子层厚度的精度，生长出优质量子阱以及应变量子阱材料。

不同波长的光纤激光器介绍光纤激光器主要由泵源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。

泵源由一个或多个大功率激光二极管构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介质的掺稀土元素光纤，泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。

现在来介绍几种波长的光纤激光器。

最长的一种2.8 μm附近(掺Ho3+，Er3+ 光纤激光器，该波段光纤激光器在生物、医疗等领域具有潜在的应用。

此外2.8 μm光纤激光器还可以用作中远红外激光器的抽运光源，利用Er3+离子的4I11/2→4I13/2和Ho3+离子的5I6→5I7跃迁发射，可获得波长位于2.8 μm附近的激光输出。

由于2.8 μm附近激光发射需要基质材料具有低声子能量和高的光学透过率，所以一般采用氟化物玻璃作为光纤基质。

其次是2.0 μm附近(掺Tm3+，Ho3+) 光纤激光器，2.0 μm激光是人眼安全的激光，在气象监测、激光测距、激光雷达、遥感等方面具有广泛应用。

此外，水分子在2.0 μm附近有强烈的中红外吸收峰，用该波段激光进行手术，有利于加快血液凝结，减小手术创伤，中红外光纤激光器在医疗和生命科学领域也具有重要的应用。

于2.0 μm附近中红外激光输出的激光激活粒子主要有Tm3+和Ho3+离子等。

利用Tm3+离子的3F4→3H6和Ho3+离子的5I7→5I8跃迁发射，可分别获得波长位于2.0 μm和2.1μm 附近的激光输出。

接着就是1.5 μm附近(掺Er3+，Er3+/Yb3+) 光纤激光器，由于激光输出波长位于石英光纤的1.5 μm光通信窗口附近，对Er3+掺杂以及Er3+/Yb3+共掺玻璃光纤的激光输出性能的深入研究，关于1.5 μm附近光纤激光器的研制已较成熟。

目前最短的就是1.0 μm附近(掺Yb3+，Nd3+) 光纤激光器，1.0 μm附近光纤激光器由于在光纤通信、激光制导、倍频激光光源、抽运光源等领域的应用而得到了广泛研究。

10多种激光器全面梳理！光纤激光器应用领域广阔，细分种类可满足特殊需求光纤激光器有多种分类方法，其中较为常见的是按工作方式分类、按波段范围分类及按介质掺杂稀土元素分类。

激光器通常也是根据这三个分类中的一至两个来命名的，例如 IPG的 YLM-QCW 系列即翻译为准连续掺镱光纤激光器。

光纤激光器应用领域广泛，不同细分的激光器特质不同，适合的应用领域各异。

例如中红外波段对于人眼来说是安全的，且在水中能够被很强的吸收，是理想的医用激光光源；掺铒光纤由于其合适的波长可以打开光纤通信窗口，在光纤通信领域应用较广；绿光激光由于其可见性，在娱乐与投影等方面必不可少。

脉冲激光器峰值功率高，准连续激光器加工速度快光纤激光器按照工作方式可以分为锁模光纤激光器、调Q光纤激光器、准连续光纤激光器及连续光纤激光器。

实现脉冲光纤激光器的技术途径主要有调Q技术、锁模技术和种子源主振荡功率放大(MOPA)技术。

锁模技术可以实现飞秒或皮秒量级的脉冲输出，且脉冲的峰值功率较高，一般在百万瓦量级，但是其输出的脉冲平均功率较低；调Q光纤激光器可以获得脉宽为纳秒量级、峰值功率为千瓦量级、脉冲能量为百万焦量级的脉冲激光。

准连续激光器的脉冲宽度为微秒级，而连续激光由泵浦源持续提供能量，长时间地产生激光输出。

连续光纤激光器是高功率激光器的主要产品连续激光器的激光输出是连续的，广泛运用于激光切割、焊接和熔覆领域。

激光泵浦源持续提供能量，长时间地产生激光输出，从而得到连续激光。

连续激光器中各能级的粒子数及腔内辐射场均具有稳定分布。

其工作特点是工作物质的激励和相应的激光输出，可以在一段较长的时间范围内以连续方式持续进行，以连续光源激励的光纤激光器即为连续光纤激光器。

相比其他类型激光器，连续光纤激光器能达到相对较高的功率，IPG已经生产出单模2万瓦的连续光纤激光器，较常用于激光切割、焊接和熔覆领域。

准连续光纤激光器可双模式运转，显著提升加工速度准连续激光器可以同时在连续和高峰值功率脉冲模式下工作。

光纤激光器原理
光纤激光器是一种使用半导体片作为基底，运用发光二极管材料将光转化为光束的激光器。

其原理是利用发光二极管片在外加一定偏压时，半导体片内部出现光子饱和效应而发射出强烈的尖峰光束，形成激光。

发光二极管片是由P型半导体和N型半导体组成的复合体，P 型半导体中的空穴梯度和N型半导体的电子梯度在此复合体中运动时会发生相互抵消的现象，因此可以为复合体的发光能量提供一个安全的保护环境。

当发光二极管片被施加电压时，空穴和电子就会向复合体中心汇集，复合体中心接近零偏压时会发生释放现象，导致光在复合体中心处释放出来。

光纤激光器可以分为峰值激光器、持续激光器和调制激光器三种类型。

峰值激光器是指一次发出一个单独的光脉冲来发射激光，其脉宽可调节脉冲发射频率；持续激光器是指把一条持续的常强光波束发射成一条脉冲的激光；调制激光器是指可以通过改变元件偏压来调节激光单元发射出来的光束的亮度。

光纤激光器的优点很多，它既可以用于局部加工，也可以用于远距离多模光栅传输，体积小，重量轻，不易受外界影响，持续发光能力强，能够发生脉冲激光，而且成本较低。

光纤激光器的分类
光纤激光器是目前应用最广泛的激光器之一，它具有高效能、高质量、高可靠性等优点，在工业、医疗、通讯、科研等领域都有广泛的应用。

根据波长、结构、工作方式等不同特点，光纤激光器可以分为很多不同类型，常见的有：
1. 波长分类：可见光激光器、红外激光器、紫外激光器等。

2. 结构分类：单模光纤激光器、多模光纤激光器、光纤放大器、光纤环形激光器等。

3. 工作方式分类：连续波光纤激光器、脉冲光纤激光器、超快光纤激光器等。

不同类型的光纤激光器在不同的应用场景中具有各自的优势，选择合适的光纤激光器可以提高工作效率和质量，降低成本和风险。

- 1 -。

什么是光纤激光器光纤激光器的原理利用掺杂稀土元素的光纤研制成的光纤放大器给光波技术领域带来了革命性的变化。

由于任何光放大器都可通过恰当的反馈机制形成激光器，所以早期的光纤激光器就是基于光纤放大器的基础上研制开发的。

目前开发研制的光纤激光器主要采用掺稀土元素的光纤作为增益介质。

由于光纤激光器中光纤纤芯很细，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”。

当加入正反馈回路（构成谐振腔）便形成激光振荡。

由于光纤基质具有很宽的荧光谱，光纤激光器一般都可做成可调谐的，以用于WDM 系统中。

光纤激光器的谐振腔[1]设计主要有两大类。

一类是激光器中常见的Fabry-Perot腔。

将增益介质放置在两块具有高反射率的镜子中间而组成。

由于介质镜对光纤端面的缺陷非常敏感且镜子的覆盖层容易被损坏，目前光纤激光器的谐振腔设计中均不采用含介质镜的腔型结构。

现最常见的F-P腔是用光纤光栅、WDM耦合器或光纤环路镜代替介质镜。

另一类是环型谐振腔。

环型腔中不需使用反射镜，因而可做成全光纤谐振腔。

最简单的设计是把WDM 耦合器的两端连在一起形成包括掺杂光纤在内的环型腔，输出连续激光脉冲（图1a）。

图1b为锁模光纤激光器常用的特殊设计—8字型光纤激光器。

激光器由两个环型腔通过耦合器连接组成。

右边的环型腔为带增益的非线性环路镜腔，具有放大作用和快的开关特性。

在脉冲低功率部分，环内透射率小。

当脉冲的峰值功率达到一临界值时，环对脉冲的透射达100%，和锁模操作一样。

左腔为含有单向光隔离器的光纤环。

采用不同的器件构成谐振腔反射镜时，激光器便有不同的输出特性。

例如利用波长选择器或滤波器可获得单一所需的激光波长；利用阵列波导光栅（AWG）可获得多信道的激光输出[2~3]，这是DWDM技术所希望的光源具有的能力。

另外，由于光纤的非线性效应，振荡脉冲在光纤内传输时因非线性效应（主要是自相位调制效应）与色散效应的相互作用而被压缩，输出皮秒乃至飞秒的超短光脉冲。

光纤激光器的详细介绍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。

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。

类型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。

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。

2、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。

3、稀土类掺杂光纤激光器。

光纤的基质材料是玻璃，向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活，而制成光纤激光器。

4、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。

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+:Y AG 单晶光纤激光器等。

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。

光纤激光器原理光纤激光器主要由泵浦源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。

泵浦源由一个或多个大功率激光二极管阵列构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介质的掺稀土元素光纤，泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。

光纤激光器特点光纤激光器以光纤作为波导介质，耦合效率高，易形成高功率密度，散热效果好，无需庞大的制冷系统，具有高转换效率，低阈值，光纤激光器原理图1:峰值功率：脉冲激光器，顾名思义，它输出的激光是一个一个脉冲，每单个脉冲有一个持续时间，比如说10 ns(纳秒)，一般称作单个脉冲宽度，或单个脉冲持续时间，我们用t 表示。

这种激光器可以发出一连串脉冲，比如，1 秒钟发出10 个脉冲，或者有的就发出一个脉冲。

这时，我们就说脉冲重复(频)率前者为10，后者为1，那么，1 秒钟发出10 个脉冲，它的脉冲重复周期为0.1 秒，而1 秒钟发出1 个脉冲，那么，它的脉冲重复周期为 1 秒，我们用T 表示这个脉冲重复周期。

如果单个脉冲的能量为E，那么E/T 称作脉冲激光器的平均功率，这是在一个周期内的平均值。

例如， E = 50 mJ(毫焦)，T = 0.1 秒，那么，平均功率P平均= 50 mJ/0.1 s = 500 mW。

如果用 E 除以t，即有激光输出的这段时间内的功率，一般称作峰值功率(peak power)，例如，在前面的例子中E = 50 mJ, t = 10 ns,P峰值= 50 ×10^(-3)/[10×10^(-9)] = 5×10^6 W = 5 MW(兆瓦)，由于脉冲宽度t 很小，它的峰值功率很大。

脉冲能量E=1mj 脉宽t=100ns 重复频率20-80K 脉冲持续时间T=1s/2k=？秒平均功率P=E/T=0.001J/0.00005s=20WP峰值功率=E/t激光的分类：激光按波段分，可分为可见光、红外、紫外、X光、多波长可调谐，目前工业用红外及紫外激光。