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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。
光纤激光器的介绍光纤激光器的基本构成包括激光介质、激发源、光学谐振腔和输出光纤等。
其中，激发源通常是高功率半导体激光器或其他类型的激发源，通过注入高能量的光子来激发光纤介质。
介质选择不同的元素或化合物，可以获得不同波长的激光输出。
光学谐振腔的设计和构造非常关键，它可以提高激光的相干性和稳定性。
最后，通过输出光纤将激光束传输到需要的位置。
光纤激光器具有许多独特的优点。
首先，光纤激光器可以产生高质量的激光光束，具有较小的发散角度和高光束质量。
其次，光纤激光器具有高度可靠性和稳定性，可以长时间连续运行而不损坏。
此外，光纤激光器无需频繁调整或维护，使用寿命长，适合工业生产环境。
另外，由于光纤激光器的体积小、重量轻，可以方便地集成到各种设备和系统中，并且易于搬运和安装。
光纤激光器在通信领域有着重要的应用。
其高质量的光束和稳定的输出功率使其成为光纤通信系统中的理想光源。
在光纤通信系统中，光纤激光器可以用作发射光源，将信息传输到远距离。
在高容量光纤通信系统中，光纤激光器能够产生高功率的激光光束，实现远距离的信号传输。
光纤激光器在医疗领域也得到广泛应用。
它可以用于激光手术、皮肤美容、激光治疗等。
光纤激光器具有较小的光束尺寸和高能量密度，可以精确地用于医疗操作。
此外，光纤激光器输出的激光波长可以根据不同的医疗需求进行选择，包括可见光、红外线等。
光纤激光器在制造业中也有重要的应用。
它可以用于切割、焊接、打孔等工艺。
光纤激光器具有高功率、高精度和高可靠性的特点，可以实现快速、准确和稳定的制造过程。
在汽车制造、航空航天、电子制造等行业，光纤激光器已经取代了传统的切割和焊接设备，成为主流技术。
在科学研究领域，光纤激光器也发挥着重要作用。
由于光纤激光器输出的激光具有较小的发散角度和高亮度，它可以用于光谱分析、高精度测量以及光学实验等。
此外，光纤激光器还广泛用于激光雷达、光学透镜、光纤传感器等领域。
总之，光纤激光器作为一种先进的激光源具有广泛的应用前景。
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。
光纤激光器的主要特点与光纤激光切割机的优势总结
一、光纤激光器的主要特点
1、体积小巧：光纤激光器很大程度上可以改变传统激光器的复杂结构，将物理结构及加工技术整合到一体，去除了主体构件的繁琐过程，也
就是可接受这个完整的激光头，大大减少了传统激光头的结构体积，节省
很多安装空间，适用于有限空间的加工要求。
2、模块化结构：可以解决复杂结构的问题，从而有效降低激光发射
单元的尺寸，大大提高了高功率小型化激光的可实现性，使加工变得更加
准确和快速。
3、安全性高：光纤激光器安装简单、运行稳定，激光光束进入加工
区时，不会产生非激光集体，可以有效防止对周围环境的影响，更加安全。
4、稳定性好：光纤激光器具有极高的功率稳定性，具有高可靠性和
长期稳定性，可以满足长时间的加工连续性要求，更可靠。
1、高功率：光纤激光器安装在光纤激光切割机上，可以提供较高的
功率，从而更快地完成切割作业。
2、精度高：光纤激光切割机采用自动定位技术，采用精密传感器，
能够实现零点定位，实现更加精确的切割，可以达到定位精度达到
0.02mm，比传统激光切割机更加精确。
关于锁模光纤激光器的研究前言激光器，顾名思义，即是能发射激光的装置。
1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。
1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围，1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。
1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。
1962年R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。
以后，激光器的种类就越来越多。
按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。
近来还发展了自由电子激光器，大功率激光器通常都是脉冲式输出。
2004 年，Idly 提出了一种自相似脉冲光纤激光器，同时为这种光纤激光器建立了一种数值模型。
模型中采用非线性薛定谔方程（NLSE）描述脉冲在正色散光纤中的传输，引入了一个与脉冲强度相关的透过率函数将NPE 锁模机理等效成快速可饱和吸收体（SA）的作用0 模拟发现这种激光器输出的脉冲具有抛物线的形状和线性啁啾，能量可高达10nJ。
随着自相似脉冲在实验上的实现，自相似锁模光纤激光器迅速成为超短光脉冲领域的研究热点。
用Idly 模型对自相似锁模光纤激光器的研究不断取得新的进展。
在此我将对激光和激光器的原理和基于原理而做出的进一步的相关研究（如被动锁模光纤激光器）做一个大致的探讨。
主题激光器的原理非线性偏振旋转被动锁模环形腔激光器的结构如图1所示, 激光器由偏振灵敏型光纤隔离器、波分复用器、偏振控制器、输出藕合器、掺yb3+光纤组成。
其工作原理为从偏振灵敏型光纤隔离器输出的线偏振光,经过偏振控制器PCI(1/4 λ波片)后变为椭圆偏振光, 此椭圆偏振光可看成两个频率相同、但偏振方向互相垂直的线偏振光的合成, 它们在掺yb3+增益光纤中藕合传输时, 经过光纤中自相位调制和交叉相位调制的非线性作用, 产生的相移分别为其中n1x 、n1y分别为yb3+光纤沿X、Y方向的线性折射率, n2、l分别为该光纤的非线性折射率系数和长度。
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。
光纤激光器浅论(西华师范大学大学物理与电子信息学院)姓名：邓洲学号：200809241108光纤激光器综述摘要：光纤激光器作为光源在光通信领域已得到广泛应用，而随着大功率双保层光纤激光器的出现，其应用正向着激光加工、激光测距、激光雷达、激光艺术成像、激光防伪和生物医疗等更广阔的领域迅速扩展。
本文以下内容概述了光纤激光器的原理、特点、应用及其发展前景。
一．光纤激光器的简述光纤激光器和放大器的研究与应用引起了广泛的重视和兴趣，已能制备以硅和氟化铅为基质的掺杂稀土金属元素的光纤。
用这些光纤制作成光源或光放大器在降低光通信系统的成本方面具有巨大的潜力。
接铰和饵离子的光纤激光器已有多种波长的输出，包括900nm，1060nm和1550nm等。
用输出波长为800nm的I‘D作为泵浦源也可以获得光通信重要窗口波长(1550nm)的输出。
激光输出诺可以通过改变稀土离子所处的玻璃基质进行改变。
由掺杂稀土元素离子的氟化错光纤可以在红外区产生波长为1050nm，1350nm，l 380nm和l 550nm的激光输出，其中1350nm波长非常有价值，因为利用以硅为基质的光纤要想得到这个波长的输出非常困难。
此外，这种光纤能在2．08ftm，2．3f4m和2．7Pm的中红外波长区产生激光输出也具有十分重要的价值。
这种光源可能在通信，医学，大气通信和光谱学方面得到应用。
在过去的几年中，光纤激光器和放大器得到了飞速的发展，世界上许多实验室都卷入了这方面的研究工作。
这些研究工作涉及下述所提到的所有方面。
以后将会利用可见和红外波长区的稀土元素跃迁，发现更多的谱线以满足各种不同的需要。
光纤中的光学过程的理论和基础研究也将进一步发展以优化其性能。
二．光纤激光器原理利用掺杂稀土元素的研制成的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器，因此光纤激光器可在放大器的基础上开发。
目前开发研制的光纤激光器主要采用掺稀土元素的作为增益介质。
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。
关于光纤激光器的研究综述前言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，作为第三代激光技术的代表，具有其他激光器无可比拟的技术优越性。
由于其具有绝对理想的光束质量、超高的转换效率、成本低、高稳定性以及体积小等优点，对传统的激光行业产生巨大而积极的影响。
这导致了光纤激光器在近年来成为激光中的热门领域。
本文查找了以“锁模技术”“光纤激光器”“非线性偏振旋转”“超短脉冲”为主要关键字的有关的28篇文献，这些论文主要集中在激光，量子，光子等领域。
锁模光纤激光器因其紧凑小巧，成本低和光束质量好等优点，近年来获得快速发展，从发表论文的统计分析上来看，近三年年发表的文章数量占文章总数的大部分，并呈逐年增加趋势，由此可见近几年学者对光纤激光器的研究呈明显上升趋势。
而在这其中大部分文章都涉及锁模光纤激光器与掺杂光纤激光器，尤其是++光纤激光器。
它们在实用方面的优点对传统的被动锁模光纤激光器，掺33,Yb Er激光行业产生巨大而积极的影响，这导致了光纤激光器在近年来成为激光中的热门领域。
正文1 锁模光纤激光器锁模光纤激光器因其紧凑小巧、成本低和光束质量好等优点，近年来获得快速的发展。
根据其锁模的原理，锁模光纤激光器可分为三类：主动锁模光纤激光器、被动锁模光纤激光器，主被动混合锁模光纤激光器。
主动锁模光纤激光器又可分为调制型锁模和注入型锁模两类。
调制型主动锁模光纤激光器通常利用LiNbO3晶体作为调制器实现锁模，既可以进行振幅调制也可以进行相位调制，而注入型锁模光纤激光器主要有两种形式：一是利用行波半导体光放大器的非线性增益调制特性实现主动锁模；二是利用光纤的价差相位调制效应进行主动锁模。
但主动锁模光纤激光器想走向实用化，稳定性问题是必须要解决的。
被动锁模光纤激光器通常利用半导体的可饱和吸收效应或光纤中的非线性效应作为锁模机制，它一般不需要外接施加的调制信号。
半导体可饱和吸收锁模激光器的优点是容易实现激光器的自启动，而且脉冲的重复频率较稳定，脉宽小，但因为其不是全光纤的结构，故在实际应用中响应速度交大。
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。
摘要：光纤激光器技术是光学领域最为重要的技术之一，作为第三代激光技术的代表，其稳定性好、效率高、阈值低、线宽窄、可调谐、紧凑小巧和性价比高等优点，使得它在光纤传感、光纤通信、工业加工等领域都有着重要的应用。
而掺镱双包层光纤激光器是国际上近年来发展的一种新型固体激光器。
本文就介绍了这种高功率掺镱双包层光纤激光器，主要介绍了高功率掺镱双包层光纤激光器的概念、发展历史及发展现状、基本原理、优点、实现的关键技术、应用及其广阔的前景。
同时总结出了未来光纤激光器的发展方向，并且可以预计光纤激光器最终将可能会替代掉全球大部分高功率CO2激光器和绝大部分YAG激光器。
关键词：光纤激光器；掺镱双包层光纤激光器；光纤融合技术；激光加工。
引言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，虽然光纤激光器得到了社会各方面的广泛重视，但是光纤激光器并不是新型光器件。
1961年，美国光学公司的Snitzer和Koester等在一根芯径300um的掺Nd3+玻璃波导中进行试验观察到了激光现象，并与1963年和1964年发表了多组分玻璃光纤中的光放大结果，提出了光纤激光器和光纤放大器的思想。
1975～1985年中有关这个领域的文章较少，不过在这期间许多发展光纤激光器的必须工艺技术已趋于成熟[1]。
上个世纪80年代后期，美国Polaroid公司提出了包层抽运技术，之后双包层光纤激光器，特别是掺镱双包层光纤激光器发展非常迅速。
1994年，PASK等首先在掺Yb3+石英光纤中实现了包层抽运，得到了0.5W的最大激光输出。
1998年，Lucent技术公司的KOSINKI和INNISS报道了一种内包层截面形状为星形的掺Yb3+双包层光纤激光器，得到了20W的激光输出。
1999年，DOMINIC等用4个45W的半导体激光二极管阵列组成总功率为180W的抽运源，在1120nm得到110W的激光输出。
2002年，IPG公司公布了2000W的掺Yb3+双包层光纤激光器。
光纤激光器原理与特性详解一、简介光纤激光器，英文名称为Fiber Laser，是一种以掺稀土元素的玻璃光纤为增益介质来产生激光输出的装置。
光纤激光器可在光纤放大器的基础上进行开发，由于光纤激光器中光纤纤芯很细，因此在泵浦光作用下，光纤内部功率密度高，使得激光能级出现“粒子数反转”现象，在此基础上，再通过正反馈回路构成谐振腔，便可在输出处形成激光振荡。
二、结构光纤激光器的结构类似于传统的固体激光器、气体激光器，主要由泵浦源、增益介质、谐振腔三大部分构成，如下图所示。
其中，泵浦源一般为高功率的半导体激光器，增益介质为掺稀土元素的玻璃光纤，谐振腔由耦合器或光纤光栅等构成。
三、原理在上图中，由泵浦源发出的泵浦光通过一面反射镜耦合进入增益介质中，由于增益介质为掺稀土元素光纤，因此泵浦光被吸收，吸收了光子能量的稀土离子发生能级跃迁并实现粒子数反转，反转后的粒子经过谐振腔，由激发态跃迁回基态，释放能量，并形成稳定的激光输出。
四、特点特点一：由于光纤纤芯直径小，在纤芯内容易形成高功率密度，因此光纤激光器具有较高的转换效率、较低的阙值、较高的增益、较窄的线宽、且可方便高效的实现与当前光纤通信系统的连接。
特点二：由于光纤具有很好的柔绕性，因此光纤激光器具有小巧灵活、结构紧凑、性价比较高、且更易于系统的集成的特点。
特点三：与传统的固体激光器、气体激光器相比，光纤激光器的能量转换效率较高、结构较紧凑、可靠性高、且适合大批量的生产。
特点四：与半导体激光器相比，光纤激光器的单色性较好、调制时可产生较小的啁啾和畸变、且与光纤的耦合损耗较小。
和半导体激光器相比，光纤激光器的优越性主要体现在：光纤激光器是波导式结构，可容强泵浦，具有高增益、转换效率高、阈值低、输出光束质量好、线宽窄、结构简单、可靠性高等特性，易于实现和光纤的耦合。
我们可以从不同的角度对光纤激光器进行分类，如根据光纤激光器的谐振腔采用的结构可以将其分为Fabry-Perot腔和环行腔两大类。
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。
光纤激光器的简单介绍摘要：光纤激光器作为目前最为活跃的激光光源器件，它是激光技术的前沿课题。
简要介绍了光纤激光器的基本原理、分类及特点，并对光纤激光器技术的应用作了简单介绍。
关键词：光纤激光器原理特点应用1 引言光纤激光器的研究工作最早开始于1961年，由美国光学公司(American Optical Company)的E．Snitzer等最先提出。
但是由于受到当时条件的限制，实验工作没有很大的进展。
直到八十年代，用MCVD法成功制成了低损耗的掺铒光纤，才为光纤激光器的发展带来了新的前景。
和传统的半导体激光器相比，光纤激光器具有高增益、斜率效率高、线宽窄、可宽带调谐、散热性能好以及易于和传输光纤耦合等优点。
因此它在通信、军事、医疗和光信息处理等领域都将有广阔的应用前景，特别是在光通信领域，随着光波分复用和光时分复用技术的发展，光纤激光器将能很好地满足通信系统对光源的更高要求。
2 光纤激光器的基本原理、分类及特点2.1光纤激光器的基本原理[1]目前开发的光纤激光器主要采用掺稀土元素的光纤作为增益介质。
光纤激光器工作原理是泵浦光通过反射镜（或光栅）入射到掺杂光纤中，吸收了光子能量的稀土离子会发生能级跃迁，实现“粒子数反转”，反转后的粒子经弛豫后会以辐射形式再从激发态跃迁回到基态，同时将能量以光子形式释放，通过反射镜（或光栅）输出激光，如图1 所示。
[2]掺稀土元素的光纤通常为双包层光纤（Double Clad Fiber,DCF）。
此种光纤结构如图2所示，由外包层、内包层和掺杂纤芯所构成，外包层的折射率小于内包层的折射率，内包层的折射率小于纤芯的折射率，从而构成双层的波导结构。
掺杂双包层光纤是构成光纤激光器的关键部件，在光纤激光器中的作用主要是：）将泵浦光功率转换为激光的工作介质；）与其他器件共同构成激光谐振腔。
其工作原理主要是：将泵浦光通过侧向或端面耦合注入光纤，由于外包层折射率远低于光纤的内包层，所以内包层可以传输多模泵浦光。
摘要：光纤激光器技术是光学领域最为重要的技术之一，作为第三代激光技术的代表，其稳定性好、效率高、阈值低、线宽窄、可调谐、紧凑小巧和性价比高等优点，使得它在光纤传感、光纤通信、工业加工等领域都有着重要的应用。
而掺镱双包层光纤激光器是国际上近年来发展的一种新型固体激光器。
本文就介绍了这种高功率掺镱双包层光纤激光器，主要介绍了高功率掺镱双包层光纤激光器的概念、发展历史及发展现状、基本原理、优点、实现的关键技术、应用及其广阔的前景。
同时总结出了未来光纤激光器的发展方向，并且可以预计光纤激光器最终将可能会替代掉全球大部分高功率CO2激光器和绝大部分Y AG激光器。
关键词：光纤激光器；掺镱双包层光纤激光器；光纤融合技术；激光加工。
引言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，虽然光纤激光器得到了社会各方面的广泛重视，但是光纤激光器并不是新型光器件。
1961年，美国光学公司的Snitzer和Koester等在一根芯径300um的掺Nd3+玻璃波导中进行试验观察到了激光现象，并与1963年和1964年发表了多组分玻璃光纤中的光放大结果，提出了光纤激光器和光纤放大器的思想。
1975～1985年中有关这个领域的文章较少，不过在这期间许多发展光纤激光器的必须工艺技术已趋于成熟[1]。
上个世纪80年代后期，美国Polaroid公司提出了包层抽运技术，之后双包层光纤激光器，特别是掺镱双包层光纤激光器发展非常迅速。
1994年，PASK 等首先在掺Yb3+石英光纤中实现了包层抽运，得到了0.5W的最大激光输出。
1998年，Lucent技术公司的KOSINKI和INNISS报道了一种内包层截面形状为星形的掺Yb3+双包层光纤激光器，得到了20W的激光输出。
1999年，DOMINIC等用4个45W的半导体激光二极管阵列组成总功率为180W的抽运源，在1120nm 得到110W的激光输出。
2002年，IPG公司公布了2000W的掺Yb3+双包层光纤激光器。
目前，该公司已经推出了输出功率为17kW的掺Yb3+双包层光纤激光器，虽然因为采用的是多组激光合束的方式，致使激光器的光束质量下降很大，但仍然在对功率要求高、光束质量要求不是很高的场合有非常好的应用前景。
但如何提高功率，同时又保证光束质量，是当前研究要解决的难题之一。
在国内，关于掺Yb3+双包层光纤激光器的研究起步较晚。
从上个世纪年80代末，相继有一些科研单位进入光纤激光器研究领域并获得了一定的进展。
2005年，烽火通信科技股份有限公司与上海光机所合作，成功研制出输出功率高达440W的掺镜双包层光纤激光器[2]，其功率而后被进一步提到714W。
长春光机所也开展了高功率双包层光纤激光器的研究工作，全光纤结构实现10.8w1070nm 激光输出。
总体而言，由于受基础条件方面的制约，国内光纤激光器研究同国际水平还有相当大的差距。
1. 掺镱双包层光纤激光器原理双包层光纤的结构如图1所示，由里到外分别为纤芯、内包层、外包层和保护层。
它比普通单模光纤增加了一个内包层，其横截面尺寸和数值孔径都远大于纤芯。
内包层与掺稀土离子纤芯之间构成单模光波导，将激光限制在纤芯当中；同时它又与外包层构成了传输抽运光的多模光波导，使得抽运光在内包层中反射并多次穿越纤芯被掺杂离子所吸收，从而将抽运光高效地转换为单模激光，极大提高了光-光转换效率。
最初研制出的是圆形内包层双包层光纤，如图2a所示，它的优点是制造工艺简单。
但是也有严重的缺陷：圆形对称使内包层中有大量抽运光以螺旋光的形式存在，这部分光在传输过程中不经过纤芯, 因此不能被Yb3+离子吸收降低了抽运光的利用效率。
为了克服这个缺陷，国内外研究者相继提出了多种新型内包层形状的双包层光纤，譬如偏芯型、方形、矩形、六边形、梅花形、D形等，如图2所示。
不同内包层形状的光纤具有不同的抽运激光转换效率，此外，内包层的横截面积和数值孔径也会影响抽运激光耦合效率[3]。
掺镱光纤激光器的基本结构如图3所示, 包括抽运源、耦合系统、增益介质、谐振腔和准直系统5个部分。
掺各种稀土元素的双包层光纤都可构成双包层光纤激光器，由于掺镱的光纤激光器具有量子效率高、增益带宽大、无激发态吸收、吸收带宽以及可以采用波长在915nm或980nm附近的多模大功率半导体激光器泵浦的特点，尤其适合于高功率器件，因此在双包层光纤激光器家族中尤显重要，其单台输出功率已达300W，多台组合后的输出功率可达千瓦。
掺杂在硅基玻璃光纤镱Yb3+离子的能级及Spark分裂能级，与其他稀土离子相比，Yb3+能级结构十分简单，如图4a所示，与激光跃迁相关的能级只有两个多重态能级2F5/2和2F7/2，当Yb3+掺入石英光纤之后，这两个能级将引起的斯塔克效应而分裂。
在室温下2F5/2分裂成两个可分辨的能级，2F7/2分裂成三个可分辨的能级[4]，如图所示，因此镱离子掺杂的光纤具有宽的吸收带宽和发射带宽，从970 到1064nm 是吸收和发射谱重叠部分，镱离子如此宽的吸收带可以选择许多激光器作为泵浦源，具有较高的吸收和转换效率。
镱离子的其它能级都在紫外区，由于没有高能级的存在，因此以镱Yb离子掺杂光纤可以消除多光子弛豫及激发态吸收的影响，适合于发展高功率激光器件。
对镱离子次能级分析认为，镱掺杂光纤激光器一般被泵浦到其亚稳态2F5/2多重态较高的次能级上，2F5/2能级寿命在760um。
当发射波长小于990nm时，其行为是一种真实的三能级跃迁系统（跃迁A），而在较长的波长，从1000nm 到1200nm 时(跃迁B)，其行为更象是一种准四能级系统。
镱Yb3+离子掺杂光纤也具有相当高的吸收和发射横截面积，如图4b所示为典型镱离子吸收和发射截面。
掺Yb3+光纤激光器是1.0-1.2um 的通用光源，Yb3+具有相当宽的吸收带（800-1000nm）以及相当宽的激发带（970-1200nm），最佳吸收位于915nm和975nm的半导体激光器输出波长，而且没有受激态吸收。
2. 掺镱双包层光纤激光器的优点光纤激光器是一种高效的波长转换器，由泵浦光波长转换为所掺稀土离子的激射波长。
因此利用与稀土离子吸收光谱相对应的不同波长、高功率且廉价的半导体激光器作为泵浦源，以获得不同波长的输出激光[5]。
从其原理可知，它与其它传统激光器相比，在效率、体积、冷却和光束质量等方面，均占有明显的优势，其主要特点如下：(1)效率高，容易实现高功率输出。
掺镱双包层光纤在915nm、940nm特别是975nm带具有非常高的吸收，而这3个波段的半导体激光器工艺成熟，因此非常容易选择到合适的抽运源；由于内包层的横截面尺寸和数值孔径都较大，可易实现高耦合效率，从而实现高功率激光输出，斜率效率一般在60%以上，电光转换效率大于20%；(2)输出激光光束质量好。
因输出激光光束由光纤纤芯的波导结构决定，不因受热变形而变化，故其输出光束质量易达到单横模激光输出；(3)散热特性非常好。
双包层光纤激光系统是采用细长的掺杂光纤本身作为增益介质，表面积与体积之比很大，散热性能非常好。
对于连续输出110W 的光纤激光器，若将光纤盘绕成环状，只需简单风冷即可；(4)结构简单，体积小，使用方便。
双包层光纤激光器以光纤本身作为增益介质，谐振腔是由增益光纤的2个端面粘贴双色镜或增益光纤两端刻写的光纤布喇格光栅构成，腔体结构简单，并且光纤柔软几乎可弯曲盘绕成任意形状。
抽运源采用的是光纤输出、体积小、模块化的高功率半导体激光器。
因此双包层光纤激光器具有使用灵活方便的特点。
下表是各种激光器的性能对比[6]，可看出高功率光纤激光器的各项性能指标远优于固体激光器，因此光纤激光器被一致认为是有可能全面替代固体激光器的新一代产品。
3. 掺镱双包层光纤激光器的关键技术高功率光纤激光器的发展越来越成熟，实现高功率光纤激光器的关键技术主要有以下几点:(1)包层泵浦技术：常规的光纤激光器采用普通的单模光纤做增益介质，耦合效率极低，很难得到高功率的光纤激光。
包层泵浦技术的出现，极大提高了泵浦光的耦合效率，包层泵浦技术是通过双包层光纤来实现的。
计算结果表明，同心圆形结构的吸收效率最低，而非圆形的内包层结构对泵浦光的吸收效率很高，理想情况可达到100%。
(2)光纤融合技术：高功率光纤激光器的另一项关键技术就是将泵浦源输出的光功率有效地耦合到增益光纤中去。
要获得高功率的光纤激光，就需要高输出功率的泵浦源（一般为半导体激光器列阵），将半导体激光器列阵输出的几千瓦的激光耦合进入一根双包层增益光纤是一件很困难的事情，耦合效率将很低。
因此采用树杈形光纤，将多个激光二极管输出的光同时耦合进增益光纤是最好的解决方案，即每个激光二极管输出的光由多模光纤导出，采用光纤集合熔接技术，将多根多模光纤融合成一根光纤，制成光纤模块。
这样可使单根光纤的输出能量在百瓦级，同时解决了半导体激光列阵集成模块的散热问题。
这样可以将多个激光二极管输出的光几乎无损地耦合进增益光纤的内包层，有效提高泵浦效率。
(3)谐振腔的制备技术：制备合适的光学谐振腔是高功率光纤激光器实用化的又一项关键技术。
目前，高功率光纤激光器的谐振腔主要有两种，一种是采用二色镜构成谐振腔，但这种方法给泵浦光的耦合以及光纤激光器的封装都带来很大困难，不利于光纤激光器的实用化和商品化。
另一种是采用光纤光栅做谐振腔。
而且光纤光栅是一种低损耗器件，具有非常好的波长选择特性，它的采用简化了激光器的结构，同时提高了激光器的信噪比和可靠性、窄化了线宽、提高了光束质量，而且，通过应力调节可以进行波长调谐。
此外，采用光纤光栅做谐振腔可以将泵浦源的尾纤与增益光纤有机地熔接为一体，避免用二色镜和透镜组提供激光反馈带来的损耗，从而降低光纤激光器的阈值，提高输出激光的斜率效率[7]。
4. 掺镱双包层光纤激光器的应用掺镱光纤激光器以绝对的优势使它在通信行业、工业加工、印刷、军事和医疗等领域有着广泛的应用。
主要有以下方面：(1)掺镱双包层光纤激光器在光纤通信中的应用：由于掺铒光纤放大器依赖于单模激光二极管的抽运，输出功率比较小，越来越难以满足对多波长信号放大的要求。
双包层掺镱光纤激光器的出现解决这些问题，使光纤放大器可以工作在光通信窗口的任意波长处，并对光信号进行在线放大，是长（超长）距离通信实现信号放大的理想选择。
(2)掺镱双包层光纤激光器在激光加工中的应用：与传统高功率激光器相比，掺镱双包层光纤激光器的高转换效率、光束参数好、维护周期长、运行费用低等优点在工业加工中非常有优势。
掺镱双包层光纤激光器非常适合作为激光加工设备的激光光源，目前主要应用于激光打标、激光微加工（毫米量级、数十微米量级的精度切割、打孔和焊接）、大功率工业加工（切割、焊接、打孔等）等。
