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随着现在光纤激光切割技术的不断升级改进，光纤激光切割机的性能也日益卓越，在不同行业领域中的应用不断扩大。
高电光转化效益以及低成本的维护保养成本，深受现在众多企业的青睐，也使得光纤激光切割成为目前本行业最有应用价值的技术之一。
激光束聚焦后形成具有极强能量的很小作用点，把它应用于切割有许多特点。
首先，激光光能转换成惊人的热能保持在极小的区域内，可提供狭的直边割缝；最小的邻近切边的热影响区；极小的局部变形。
其次，激光束对工件不施加任何力，它是无接触切割工具，这就意味着工件无机械变形；无刀具磨损，也谈不上刀具的转换问题；切割材料无须考虑它的硬度，也即激光切割能力不受被切材料的硬度影响，任何硬度的材料都可以切割。
再者，激光束可控性强，并有高的适应性和柔性，因而与自动化设备相结合很方便，容易实现切割过程自动化；由于不存在对切割工件的限制，激光束具有无限的仿形切割能力；与计算机结合，可整张板排料，节省材料。
激光切割机在众多领域都得到了不错的应用，例如现在的电子行业、汽车行业、五金行业、船舶行业、精密仪器行业都有着广泛应用价值。
在具体操作的时候，由于加工产品的本身特点，往往需要我们去调试设备的参数以获取最好的效果，一些因素的变化会直接影响整
个切割的效果。
由以上我们可以看出，影响光纤激光切割设备质量的因素有很多，所以我们在切割具体产品的时候需要调试好最佳效果的平衡点。
有时候如果控制不当，可能切割的精度和质量就有很大的差异，所以，如何快速、确切、有效的控制好这些因素就显得十分重要。
宏山激光十几年来一直致力于金属成形智能设备的研发生产，其凭借过硬的设备质量与完善的售后服务，在行业内取得了不错的成绩。
光纤激光器的研发与性能优化光纤激光器作为一种重要的光学器件，其在通信、医疗、材料加工等领域发挥着重要的作用。
随着科技的不断进步，光纤激光器的研发和性能优化也变得越来越关键。
本文将从光纤激光器的基本原理入手，探讨其研发和性能优化的相关问题。
光纤激光器是利用光纤作为激光介质的激光器。
其基本原理是通过泵浦光源激发光纤内的活性离子，使其能级发生跃迁，从而产生激光。
相较于传统的气体激光器和固体激光器，光纤激光器具有体积小、功率密度高、光束质量好等优势，因此得到了广泛的应用。
在光纤激光器的研发过程中，关键技术包括光纤材料的选择、光纤制备技术、泵浦光源的优化等。
首先，光纤材料的选择对光纤激光器的性能影响很大。
当前常用的光纤材料主要包括掺铒光纤、掺镱光纤等。
掺铒光纤激光器具有较宽的工作波长范围，适合用于通信领域；而掺镱光纤激光器的工作波长偏向长波段，适合用于医疗和材料加工等领域。
在光纤材料的选择上，需要根据应用需求和特定要求进行合理选择。
光纤制备技术是光纤激光器研发中的关键环节。
传统的光纤制备技术包括拉伸法、溶胶-凝胶法等。
这些制备方法制备的光纤存在一定的缺陷，如光损耗较大、折射率剖面不均匀等。
因此，目前研究者们正在开展更先进的光纤制备技术研究，如气相法、等离子体法等。
这些制备方法能够制备出光损耗低、折射率剖面均匀的光纤，从而提高光纤激光器的性能。
对于光纤激光器的性能优化，主要包括光纤激光器的功率输出、光束质量和波长选择等方面。
光纤激光器的功率输出是评价光纤激光器性能的重要指标之一。
提高光纤激光器的功率输出能够拓展其应用范围和增强其竞争力。
目前，提高光纤激光器功率输出的方法主要有多泵浦技术、光纤放大器技术等。
多泵浦技术可以通过多个泵浦光源对光纤进行多次泵浦，从而提高激光器的功率输出效果。
光纤放大器技术可以在光纤激光器中加入光纤放大器，利用光纤放大器对激光进行放大，从而提高激光的功率输出效果。
光束质量是评价光纤激光器性能的重要指标之一。
收稿日期:2005-03-23. 光电器件影响调Q 光纤激光器性能的重要因素分析黄 琳,刘永智,代志勇(电子科技大学光电信息学院,四川成都610054)摘 要: 对影响调Q 光纤激光器性能的几个重要因素:放大的自发辐射、Q 开关的选择、泵浦功率和速率、光纤的选择、输出耦合腔镜反射率等进行了理论分析,给出了输出脉冲峰值功率和宽度对腔长、腔内往返损耗等参数的依赖关系,并提出了优化方法。
关键词: 光纤激光器;调Q 光纤激光器;放大的自发辐射;低数值孔径大模场光纤;Q 开关中图分类号:T N253 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2005)06-0494-05Cr iti ca l Factors I nfluenc i n g Character isti cs of Q 2sw itched F i ber La serHUANG L in,L I U Yong 2zhi,DA I Zhi 2yong(School of O ptoelectron i c I nfor ma ti on,Un i versity of Electron i c Sc i ence and Technology of Ch i n a,Chengdu 610054,CHN)Abstract: Several fact ors influencing the characteristics of Q 2s witched fiber lasers,such as a mp lificated s pontaneous em issi on,Q 2s witch selecti on,pu mp power and rate,choices of fibers,repetiti on rate of acoust o 2op tic modulat or,reflective index of out put coup led cavity m irr or and s o on,are analyzed theoretically .The dependences of peak out put pulse power and width upon the length and l oss coefficient of the cavity are given,and the op ti m izing app r oach is p r oposed .Key words: fiber laser;Q 2s witched fiber laser;a mp lificated s pontaneous e m issi on;l ow nu merical aperture large mode area fiber;Q 2s witch1 引言20世纪80年代后期出现的包层泵浦技术,通过光纤内包层耦合泵浦能量大大提高了光纤激光器入纤泵浦能量和输出激光能量。
调Q光纤激光器和普通的调Q激光器一样，都是在激光谐振腔内插入Q开关器件，通过周期性改变腔损耗，实现调Ｑ激光脉冲输出。
Ｑ开关是被广泛采用的产生短脉冲的激光技术之一。
现状：调Q光纤激光器在许多领域都有着广泛应用，大功率是调Q光纤激光器的一个发展方向。
全光纤化也是调Ｑ光纤激光器发展的一个重要趋势，人们陆续研发出一些全光纤的Q开光来代替传统的声光与电光调制器，大大地降低了激光器的插入损失。
用于光纤激光器的调Ｑ技术大致可以分为光纤型调;和非光纤型调Ｑ两类。
非光纤型调Ｑ有光调Ｑ、电光调Ｑ、机械转镜调Ｑ和可饱和吸收体调Ｑ等。
非光纤型调Ｑ：1.声光调Q激光器：2.电光调Q激光器：3.可饱和吸收体调Q激光器：光纤型调Q装置光纤型调Q装置有光纤迈克尔逊干涉仪调Q、光纤马赫一曾特尔干涉仪调Q和光纤中的受激布里渊散射（ＳＢＳ）调Ｑ光纤激光器等。
下面介绍混合调Q和脉冲泵浦受激布里渊散射混合调Q光纤激光器。
混合调Q光纤激光器如图所示得到了峰值功率3.7KW，脉宽2m的脉冲激光输出。
实验中选用掺钕双包层光纤作增益介质，光纤长7.2m,纤芯直径5.1um,数值孔径0.12。
内包层为矩形结构,截面尺寸150um*75um。
泵源为800nm、3w激光二极管，有60%的泵光祸合到内包层中。
系统由一个全反镜和一个二向色镜构成驻波谐振腔。
在双包层光纤的输出端接几米长的单模光纤,实现调Q ,得到纳秒量级的激光脉冲。
在腔内插人一声光调制器(AQM),使激光脉冲重复频率在6.6KHz-16.4KHZ范围内可调。
脉冲泵浦和受激布里渊散射混合调Q :在线形腔双包层光纤激光器中,用脉冲泵浦和SBS混合调Q 。
如图所示泵浦源为多模半导体激光器（LD），带有800um的输出尾纤,数值孔径0.2,输出中心波长975.8nm ,有连续和脉冲两种运转方式。
多模半导体激光器通过合适的光学藕合系统泵浦掺Yb 的双包层光纤。
增益光纤纤芯直径为7um,作为泵浦光通道的内包层为一矩形结构(125*125um),外面涂一层硅橡胶作为外包层。
激光调q原理激光调Q原理。
激光调Q技术是一种能够产生超短脉冲激光的技术，它在许多领域中都有着重要的应用，比如材料加工、医学影像、光通信等。
激光调Q技术的原理是通过调制激光器内部的损耗或增益，来实现脉冲的产生和放大。
在本文中，我们将详细介绍激光调Q技术的原理及其应用。
激光调Q技术的原理主要涉及到激光器内部的损耗或增益调制。
在激光器中，激光的产生是通过激发介质中的原子或分子来实现的。
当这些原子或分子处于激发态时，它们会通过受激辐射的过程释放出光子，从而产生激光。
而在调Q技术中，我们需要对激光器内部的损耗或增益进行调制，来实现脉冲的产生和放大。
激光调Q技术的一个重要应用是在超快激光领域。
超快激光在纳秒、皮秒甚至飞秒时间尺度上工作，它在材料加工、医学影像、光通信等领域都有着重要的应用。
激光调Q技术能够产生高峰值功率、窄脉冲宽度的超短脉冲激光，从而可以实现高精度的材料加工，高分辨率的医学影像，以及高速率的光通信传输。
除了在超快激光领域，激光调Q技术还有着其他的应用。
比如，在激光雷达中，激光调Q技术可以实现高峰值功率的激光脉冲，从而提高雷达的探测距离和分辨率。
在激光制导武器中，激光调Q技术可以产生高能量密度的激光脉冲，提高武器的毁伤效果。
在激光医疗领域，激光调Q技术可以实现对肿瘤等病变组织的精确治疗。
总的来说，激光调Q技术是一种能够产生超短脉冲激光的重要技术，它在超快激光、激光雷达、激光制导武器、激光医疗等领域都有着重要的应用。
通过调制激光器内部的损耗或增益，激光调Q技术可以实现高峰值功率、窄脉冲宽度的超短脉冲激光，从而可以实现高精度的材料加工、高分辨率的医学影像、以及高速率的光通信传输。
在未来，随着激光技术的不断发展，激光调Q技术有望在更多领域中发挥重要作用。
光纤20W调Q激光器工艺应用随着科技的不断发展，激光技术在各个领域得到了广泛的应用。
作为激光技术的一种重要形式，调Q激光器凭借其高功率、高效率和稳定性等优点，被广泛应用于金属加工、激光打标、激光切割等工业领域。
光纤20W调Q激光器作为一种成熟的激光器技术，其应用已经相当广泛，本文将详细介绍光纤20W调Q激光器的工艺应用。
一、光纤20W调Q激光器的基本原理光纤20W调Q激光器是一种采用光纤放大技术的激光器。
其工作原理是通过用于量子产生和发射的外部固态Q开关器件，将光子在倍增过程中进行拖尾在一定时间内增加能量，当增加至一定水平时，瞬间打开Q开关，使得能量瞬间释放出来，形成激光脉冲，达到高功率的输出。
二、光纤20W调Q激光器的工艺特点1. 高功率稳定输出：光纤20W调Q激光器具有高功率稳定输出的特点，可以满足一定范围内对激光功率要求较高的应用场景。
2. 调Q脉冲可调性好：光纤20W调Q激光器的Q开关器件具有良好的可调性，可以根据不同的工艺需求进行调节，适应不同工艺的要求。
3. 光束质量高：光纤20W调Q激光器的光束质量高，激光束的光斑质量好，可实现精细加工要求。
4. 高效率：光纤20W调Q激光器采用光纤放大技术，能够实现高效能激光输出，降低能源消耗。
三、光纤20W调Q激光器的工艺应用1. 金属材料加工：光纤20W调Q激光器具有高功率稳定输出和良好的光束质量，适合用于金属材料的切割、打孔、焊接等加工工艺。
2. 激光打标：光纤20W调Q激光器的调Q脉冲可调性好，可以实现不同深浅和细致的打标效果，适用于激光打标行业。
3. 激光清洗：光纤20W调Q激光器可以实现对表面污垢的高效清洗，适用于汽车零部件、航空零部件等领域。
四、光纤20W调Q激光器在工业中的应用案例1. XXX激光设备公司采用光纤20W调Q激光器，成功开发出用于金属零部件的高速激光打标机，得到了用户的一致好评。
2. 某汽车零部件制造企业引进光纤20W调Q激光器清洗设备，提高了汽车零部件的生产效率和质量。
收稿日期:2005-03-23. 光电器件影响调Q 光纤激光器性能的重要因素分析黄 琳,刘永智,代志勇(电子科技大学光电信息学院,四川成都610054)摘 要: 对影响调Q 光纤激光器性能的几个重要因素:放大的自发辐射、Q 开关的选择、泵浦功率和速率、光纤的选择、输出耦合腔镜反射率等进行了理论分析,给出了输出脉冲峰值功率和宽度对腔长、腔内往返损耗等参数的依赖关系,并提出了优化方法。
关键词: 光纤激光器;调Q 光纤激光器;放大的自发辐射;低数值孔径大模场光纤;Q 开关中图分类号:T N253 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2005)06-0494-05Cr iti ca l Factors I nfluenc i n g Character isti cs of Q 2sw itched F i ber La serHUANG L in,L I U Yong 2zhi,DA I Zhi 2yong(School of O ptoelectron i c I nfor ma ti on,Un i versity of Electron i c Sc i ence and Technology of Ch i n a,Chengdu 610054,CHN)Abstract: Several fact ors influencing the characteristics of Q 2s witched fiber lasers,such as a mp lificated s pontaneous em issi on,Q 2s witch selecti on,pu mp power and rate,choices of fibers,repetiti on rate of acoust o 2op tic modulat or,reflective index of out put coup led cavity m irr or and s o on,are analyzed theoretically .The dependences of peak out put pulse power and width upon the length and l oss coefficient of the cavity are given,and the op ti m izing app r oach is p r oposed .Key words: fiber laser;Q 2s witched fiber laser;a mp lificated s pontaneous e m issi on;l ow nu merical aperture large mode area fiber;Q 2s witch1 引言20世纪80年代后期出现的包层泵浦技术,通过光纤内包层耦合泵浦能量大大提高了光纤激光器入纤泵浦能量和输出激光能量。
目前,连续激光输出功率最高已达2000W 。
但是许多应用领域需要脉冲激光,采用调Q 技术可以实现短脉冲激光的输出。
这种短脉冲激光在测距、OT DR 、通信系统、远程传感、高速全息照相、军事、医疗等方面被广泛应用。
普通固体调Q 激光器的研究已经逐步成熟,但其体积大,输出能量较低。
为了得到高单脉冲能量激光,人们把目光转向对光纤激光器调Q 。
2001年,C 1C .Renaud 等[1]用低数值孔径大模场光纤(L MA )作增益介质,采用声光调制器(AOM )调Q 获得2.3mJ的单脉冲输出能量;2002年R.Selvas 等[2]报道采用掺镱光纤作增益介质以及AOM 调Q 在980nm 处获得脉宽小于20ns 、能量1.2μJ 的脉冲激光;2004年P 1D.D ragic [3]采用受激布里渊散射和AOM 共同调Q 产生重复频率500Hz 、1.2μJ 单脉冲能量的脉冲输出。
本文从理论上分析了提高调Q 光纤激光器输出脉冲能量应考虑的因素。
2 理论分析调Q 光纤激光器的基本结构如图1所示。
其中前腔镜对脉冲激光起输出耦合作用,后腔镜提供高反馈。
图1 调Q 光纤激光器基本结构调Q 光纤激光器因为增益光纤芯径小,故在高・494・功率泵浦时纤芯中将产生放大的自发辐射(ASE ),考虑泵浦吸收还未达到饱和且未产生ASE (小信号情况),用一个二能级系统的模型取代实际的激光三能级和四能级系统,由J.J.Degnan [4]关于调Q 激光器的理论得到调Q 激光振荡的速率方程:dΔn d t=-γcσes ΦΔn (1)dΔΦd t =2σes Δn l τr Φ-Φτc(2)Δn t =12σes l ln 1R +L(3)式中:Δn 是反转粒子数密度,Φ是腔内光子数密度,σes 是激光发射截面,γ是反转减少因子,四能级系统中为1,没有简并的三能级系统为2,Δn t 是阈值反转粒子数密度,l 是增益光纤长度,R 是输出耦合腔镜的反射率,L 是腔内往返损耗,τr 是激光在腔内往返一次所需时间,τc 是腔内光子寿命,c 是真空中光速。
τr =2l ′n ′/c (4)τc =τr /[ln (1/R )+L ](5)其中,l ′是谐振腔长度,n ′是增益光纤纤芯折射率。
将式(4)、(5)带入式(2)并除以式(1)后,将式(3)带入得腔内光子数Φ对n 的微分方程。
由于调Q 脉冲峰值是在Δn t 时刻产生,此时腔内光子数达最大Φm ,故对此微分方程积分得到Φm =l l ′γΔn i -Δn t +Δn t ln Δn i Δn t(6)经耦合输出的脉冲峰值功率为P m =h νA l ′ln 1RτrΦm =A lh νγτrln 1RΔn i -Δn t +Δn t lnΔn iΔn t(7)总激光输出能量为E ext =1γA lh ν(Δn i -Δn f )ln (1/R )ln (1/R )+L(8)脉冲的半高全宽(F WH M )为τp =E extP m=τc(Δn i -Δn f )Δn i -Δn t [1+ln (Δn i /Δn t )](9)式中:A 为激光光束截面,h 为普朗克常数,ν为激光频率,Δn i 为初始反转粒子数密度,Δn f 为激光振荡终止时的反转粒子数密度。
由式(7)、(8)、(9)可以看出,提高Δn i /Δn t ,有利于提高腔内最大光子数密度Φm ,从而提高调Q 脉冲的峰值功率P m 和总输出能量E ext 。
同时当Δn i /Δn t 增大时,由于Φm 的增加,调Q 脉冲上升时间和下降时间同时缩短,脉冲宽度变小。
达平衡时泵浦速率为W p =N 2/τ2(10)式中:N 2为上能级的反转粒子数,τ2为激光工作物质上能级寿命。
因此提高输出脉冲的峰值功率并减小宽度,应该努力提高Δn i /Δn t ,即增大Δn i ,减小Δn t 。
由式(2)看出:减小Δn t 应减小ln (1/R )+L ,但由于R 的增大减小了输出脉冲峰值功率和平均能,所以应尽量减小腔内的往返损耗L 。
3 提高调Q 光纤激光器性能应考虑的因素3.1 抑制ASE 带来的能量损耗ASE 是影响调Q 光纤激光器输出性能的重要因素。
由于ASE 伴随着激光信号的产生而产生,最终以荧光形式消散,所以它的出现消耗了激光上能级的反转粒子数,从而使输出激光脉冲的能量降低。
因此,设法抑制ASE 是设计调Q 光纤激光器的重点。
描述泵浦光功率和ASE 光功率沿光纤长度分布的速率方程为[5]d P p (z )d z=-γp (z )P p (z )(11)d P ±s (z,νi )d z=±{G es (z,νi )[P ±s (z,νi )+P 0]-G as (z,νi )P ±s (z,νi )}(12)式中:P p (z )是泵浦光沿光纤长度分布,γp (z )是泵浦光沿光纤长度吸收率,P ±s (z,νi )是在频率νi 处ASE 光沿光纤长度分布,+表示前向传输,-表示后向传输,G es (z,νi )、G as (z,νi )是频率νi 处ASE 光沿光纤长度的发射和吸收系数,P 0是增益带宽Δνi 内自发辐射对激光功率的贡献。
假设泵浦光在纤芯中均匀传播且掺杂离子在纤芯中均匀分布,考虑ASE 光为小信号时的情况(即ASE 光在均匀加宽谱线中心频率处的能量小于小于均匀加宽饱和能量),有G es (z,νi )=ρ0σes (νi )ΓsP p (z )P thp[P p (z )/P thp ]+1(13)G as (z,νi )=ρ0σas (νi )Γs[P p (z )/P thp ]+1(14)式中:ρ0是掺杂离子密度,σes (νi )是频率νi 处激光的发射截面,σas (νi )是频率νi 处激光的吸收截面,P thp 是泵浦阈值,Γs 是激光模式与有效芯径(掺杂・594・区)的重叠因子,σap 是泵浦光吸收截面。
频率νi 处的ASE 光净发射系数为G (z,νi )=G es (z,νi )-G as (z,νi )=ρ0Γs σes (νi )P p (z )Pthp -σas (νi )[P p (z )/P th p]+1(15)由式(15)可以看出,对于单向传输νi 频率的ASE 光,存在一个光纤长度z 0i ,满足P p (z 0i )/P thp=σas (νi )/σes (νi )(16)在此光纤的入射端ASE 最大(P p (0)最大),在l =z 0i端ASE 最小(G =0)。
但由于光纤中同时存在前向ASE 光和背向ASE 光,所以ASE 光在光纤中的分布是两端最大中间最小。
与此相对应的是激光的增益在光纤两端最小,在光纤中间出现最大值,出现不均匀性。
通过将式(13)、(14)代入式(11)、(12)数值求解可以得到ASE 光功率沿光纤长度的分布。
当泵浦光一定时,ASE 在光纤中的分布随着光纤长度的增加而增加;对于相同的光纤长度,泵浦光增大,ASE 也增大。
在调Q 光纤激光器中,由于ASE 的存在,使得输出脉冲功率不能象普通调Q 固体激光器那样随泵浦功率的增大而增大,而是会出现对泵浦吸收的饱和。
当达到这个吸收饱和时,即使增大泵浦功率也不会提高输出脉冲的峰值功率。
原因是泵浦功率高时产生的ASE 强度也大(在相当长的范围内G >0)。
ASE 产生的增益饱和限制了反转粒子数,从而限制了峰值功率。
同时,ASE 随着纤芯半径的减小而变得更加突出。
抑制ASE 从而提高调Q 脉冲峰值功率的途径是:(1)增大纤芯半径;(2)调整谐振腔结构。
