光纤激光器 特点 分类

光纤激光器的特点与应用光纤激光器是在EDFA技术基础上发展起来的技术。

近年来，随着光纤通信系统的极大的应用和发展，超快速光电子学、非线性光学、光传感等各种领域应用的研究已得到日益重视。

光纤激光器在降低阂值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面，已明显取得进步。

它是目前光通信领域的新兴技术，它可以用于现有的通信系统，使之支持更高的传输速度，是未来高码率密集波分复用系统和未来相干光通信的基础。

1.光纤激光器工作原理光纤激光器主要由三部分组成: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可使激光介质处于受激状态的泵浦源装置。

光纤激光器的基本结构如图1所示。

掺稀土元素的光纤放大器推动了光纤激光器的发展，因为光纤放大器可以通过适当的反馈机理形成光纤激光器。

当泵浦光通过光纤中的稀土离子时，就会被稀土离子所吸收，这时吸收光子能量的稀土原子电子就会激励到较高激射能级，从而实现离子数反转。

反转后的离子数就会以辐射形式从高能级转移到基态，并且释放出能量，完成受激辐射。

从激发态到基态的辐射方式有两种，即自发辐射和受激辐射，其中受激辐射是一种同频率、同相位的辐射，可以形成相干性很好的激光。

激光发射是受激辐射远远超过自发辐射的物理过程，为了使这种过程持续发生，必须形成离子数反转，因此要求参与过程的能级应超过两个，同时还要有泵浦源提供能量。

光纤激光器实际上也可以称为是一个波长转化器，通过它可以将泵浦波长光转化为所需的激射波长光。

例如掺饵光纤激光器将980nm的泵浦光进行泵浦，输出1550nm的激光。

激光的输出可以是连续的，也可以是脉冲形式的。

光纤激光器有两种激射状态，三能级和四能级激射。

三能级和四能级的激光原理如图2所示，泵浦(短波长高能光子)使电子从基态跃迁到高能态E4或者E3，然后通过非辐射方式跃迁过程跃迁到激光上能级E43或者E3 2，当电子进一步从激光上能级跃迁到下能级E扩或者E3，时，就会出现激光的过程。

什么是光纤激光器——激光英才网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。

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。

（9）不需热电制冷和水冷，只需简单的风冷。

（10）高的电光效率：综合电光效率高达20%以上，大幅度节约工作时的耗电，节约运行成本。

（11）高功率,目前商用化的光纤激光器是六千瓦。

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。

激光的分类和特点-概述说明以及解释1.引言1.1 概述激光是一种具有高度相干性、能量聚焦、单色性和高亮度的光源。

在现代科技领域中，激光技术已经得到广泛应用，包括通信、医疗、制造、军事等领域。

本文将介绍激光的分类和特点，以及在不同领域的应用，旨在探讨激光技术的重要性和未来发展方向。

1.2 文章结构文章结构部分的内容应该包括对整篇文章的布局和内容安排进行介绍和概述。

在激光的分类和特点的讨论中，我们首先会介绍激光的分类，包括按波长、按输出方式等分类方法，然后讨论不同类型激光的特点和应用领域。

接着，我们将展示激光在医疗、通信、制造等领域的应用案例，说明激光技术的重要性和广泛应用。

最后，我们将总结激光技术的重要性和展望未来激光技术的发展方向，以及对激光技术的发展前景进行展望。

通过文章的结构设计，读者可以系统地了解激光技术的分类、特点和应用领域，以及对激光技术未来发展的展望。

1.3 目的本文的目的是对激光进行分类和介绍其特点，帮助读者更全面地了解激光技术。

通过对不同类型的激光进行分类和对其特点进行详细解释，读者可以深入了解激光技术的基本原理和应用领域。

同时，本文还将探讨激光在不同领域的应用，展示其在科学研究、医学、工业等领域的重要作用。

通过这些内容，读者可以对激光技术有更深入的认识，同时也可以了解激光技术对各行业的影响和未来发展趋势。

希望本文能够为读者提供有益的知识，增进对激光技术的了解，并为相关领域的研究和发展提供参考。

2.正文2.1 激光的分类激光是一种具有高度相干性、高能量密度和直线传输特性的光源。

根据激光器的工作原理和发射特性，可以将激光分为不同的类型。

主要的激光分类包括：1.气体激光器：气体激光器是最早被发明的激光器之一，通常使用激活气体（如氦氖、氩氖等）在电场或光场的作用下发射激光。

气体激光器具有较高的功率和波长可调性，广泛应用于医疗、材料加工等领域。

2.固体激光器：固体激光器利用稀土元素（如Nd:YAG、Nd:YVO4等）或其他固体材料（如晶体、玻璃等）作为工作介质，通过光泵浦激发发射激光。

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。

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。