激光器简史及光纤激光器简介)

各种激光器的介绍激光（Laser）是光学与物理学领域中的重要研究方向之一，也是现代科学中应用最广泛的光源之一、激光器是产生、放大和产生激光的装置，它能够使光以高度有序的方式输出，并具有高度相干和高度定向的特性。

激光器可以根据不同的工作原理和激光频率，分为多种类型，下面将为大家介绍几种常见的激光器。

1. 固体激光器（Solid State laser）：固体激光器是利用固体材料作为介质的激光器。

固体激光器的工作物质通常为具有特殊能级结构的晶体或玻璃材料。

最早的固体激光器是由人工合成的红宝石晶体制成的。

它具有高度的可靠性、较高的功率输出和较宽的谱段覆盖等特点，广泛应用于医疗、测量、通信、材料加工等领域。

2. 气体激光器（Gas laser）：气体激光器是利用气体作为活性介质的激光器。

常见的气体激光器有二氧化碳激光器、氦氖激光器等。

其中，二氧化碳激光器是最早被发现和研究的激光器之一，具有连续激光输出、较高的功率密度和中远红外波段特点，广泛应用于材料加工、切割、医疗等领域。

3. 半导体激光器（Semiconductor laser）：半导体激光器是利用半导体材料作为活性介质的激光器。

它是目前应用最广泛的激光器之一，常见的有激光二极管（LD）和垂直腔面发射激光器（VCSEL）。

半导体激光器具有小巧轻便、功耗低、寿命长等特点，广泛应用于激光显示、光通信、生物医学等领域。

4. 光纤激光器（Fiber laser）：光纤激光器是利用光纤作为反射镜和放大介质的激光器。

它采用光纤的内部介质作为激光器的活性介质，激光通过光纤进行传输和放大。

光纤激光器具有高度稳定性、方便携带、适用于长距离传输等特点，广泛应用于材料加工、制造业、激光雷达等领域。

5. 半导体泵浦固体激光器（Diode-pumped solid-state laser）：半导体泵浦固体激光器是利用半导体激光器（如激光二极管）泵浦固体材料产生激光的激光器。

它继承了固体激光器的高功率、高效率和稳定性等特点，同时又具有半导体激光器小尺寸、低功耗等优势。

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。

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。

激发态基态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，原子的能量泵浦原子核图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。

受激吸收自发辐射受激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。

光纤激光器发展史光纤激光器是一种利用光纤作为激光介质的激光器。

它具有高效率、高功率、高质量光束等优点，被广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。

本文将从光纤激光器的起源、发展和应用等方面进行详细介绍。

光纤激光器的起源可以追溯到20世纪60年代初，当时美国贝尔实验室的研究人员首次提出了将激光放大器与光纤结合的想法。

然而，由于当时光纤的制备技术还不成熟，导致光纤激光器的实际应用受到很大限制。

直到20世纪70年代初，随着光纤技术的突破和激光技术的发展，光纤激光器才开始逐渐成为研究的热点。

1970年，美国贝尔实验室的Peter C. Schultz等人首次实现了光纤激光放大器的工作原理，标志着光纤激光器的诞生。

光纤激光器的发展离不开光纤技术的进步。

20世纪70年代中期，研究人员开始采用单模光纤作为光纤激光器的激光介质，以提高光束质量和功率输出。

此后，光纤材料的制备工艺不断改进，光纤的损耗逐渐降低，使得光纤激光器的性能得到了大幅提升。

随着光纤激光器的技术突破，其应用领域也得到了广泛拓展。

光纤激光器在通信领域的应用尤为重要。

1983年，美国贝尔实验室的Kumar N. Patel首次将光纤激光器应用于光纤通信系统，实现了长距离、高速率的光纤传输，开启了光通信时代的大门。

除了通信领域，光纤激光器在医疗和材料加工领域也发挥着重要作用。

医疗方面，光纤激光器可以用于激光手术、激光治疗等，具有创伤小、恢复快的特点。

材料加工方面，光纤激光器可以用于切割、焊接、打孔等工艺，具有高精度、高效率的优势。

随着科技的不断进步，光纤激光器的性能和应用领域还将继续拓展。

目前，研究人员正在努力提高光纤激光器的功率输出和光束质量，以满足更高要求的应用场景。

同时，光纤激光器在激光雷达、光纤传感等领域也有着广阔的发展前景。

光纤激光器作为一种重要的激光器件，经历了从起源到发展的历程，并在通信、医疗、材料加工等领域发挥着重要作用。

随着技术的进步，光纤激光器的性能和应用还将不断提升，为人们的生活带来更多便利和可能性。

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。

光纤激光器概述光纤激光器是一种利用光纤将激光能量传输的设备。

它利用光纤作为激光工作介质，通过激光的放大和功率增强，将激光信号传输到目标位置。

光纤激光器具有高能量密度、高光束质量、紧凑轻便和波长多样性等优势，被广泛应用于通信、材料加工、医疗和科学研究等领域。

工作原理光纤激光器的工作原理基于激光的受激辐射效应。

当外部能量输入到光纤中时，光纤中的活性物质（如掺铒离子、掺钕离子等）将吸收能量并跃迁到高能级。

随后，一部分活性物质的粒子将在受激辐射的作用下跃迁到低能级，并辐射出与输入能量相对应的光子。

这些光子首先经过光纤中的光放大介质，不断受到受激辐射的反复作用，形成一束相干的激光。

然后，通过光纤内部的光学元件（如光纤耦合器、准直器等），激光信号被调整为所需的波长和光束质量。

最后，激光信号从光纤的输出端口传输出来，可以用于不同的应用领域。

光纤激光器的特点高能量密度光纤激光器具有高能量密度的特点，能够将大部分的输入能量转化为激光输出能量。

这意味着光纤激光器可以提供高功率的激光，适用于需要大能量密度的应用，如材料加工、激光切割和激光焊接等。

高光束质量光纤激光器的光束质量很高，具有良好的光聚焦特性。

这意味着激光束可以被聚焦到很小的尺寸，从而提高能量密度和加工效果。

高光束质量使得光纤激光器在微细加工、精确切割和高精度测量等领域具有优势。

紧凑轻便光纤激光器相对于其他类型的激光器来说，具有紧凑和轻便的特点。

由于光纤本身具有柔性和可弯曲性，光纤激光器可以设计成各种形状和尺寸，便于安装和集成到不同的设备中。

这使得光纤激光器在便携设备和移动应用中得到广泛应用。

波长多样性光纤激光器可以根据应用需求选择不同的工作波长。

通过调整掺杂物的种类和含量，可以实现不同波长的激光输出。

这使得光纤激光器在通信领域具有应用潜力，并可以适应不同介质的材料加工需求。

应用领域通信由于光纤激光器具有高光束质量和波长多样性的特点，它被广泛应用于光纤通信领域。