脉冲激光放大器和超短脉冲激光放大器
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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。
《激光原理与技术》教学大纲课程名称:激光原理与技术学分:总学时:72学时,其中,理论学时:72学时,实验学时:0学时,上机学时:0学时适用专业:应用物理学专业本科专业先修课程:数理方式、电磁学、光学、电动力学、量子力学执笔人:陈海燕审订人:一、课程的性质、目的与任务:激光原理与技术是应用物理学本科专业的专业课,属于核心专业课。
通过本课程的学习,使学生掌握激光器的工作原理,了解一些常规的激光技术和测试手腕。
二、教学大体要求:了解激光光束的特点;掌握激光器的工作原理;理解激光与电介质彼此作用的进程;掌握用速度方程处置持续激光器和脉冲激光器动态进程;了解各类主要激光技术的大体原理与实施方式。
三、教学内容与学时分派:第一章绪论4学时本章重点和难点:激光器的大体概念、激光大体特性。
第一节光现象描述第二节激光ABCDE第三节一个激光器实例第四节初期的光量子理论第五节自发辐射、受激辐射与受激吸收的概念第六节激光器的大体思想第七节激光大体特性第二章光学谐振腔8学时本章重点和难点:光线传播的矩阵表示、光学谐振腔、高斯光束、Fabry-Perot 腔特性。
第一节光线传播的矩阵表示第二节光学谐振腔及其稳固性第三节高斯光束第四节Fabry-Perot 腔(标准具)第三章泵浦(抽运)进程2学时本章重点和难点:泵浦概念、电泵浦、光泵浦。
第一节引言第二节电泵浦第三节光泵浦第四章光与物质彼此作用6学时本章重点和难点:谱线加宽和线型函数、激光器速度方程。
第一节引言第二节谱线加宽和线型函数第三节谱线加宽第四节激光器速度方程第五章持续与脉冲激光器工作特性12学时本章重点和难点:小信号稳态增益、增益饱和、激光器的振荡阈值条件、模竞争效应、激光器的输出功率、最佳透过率、线宽极限、脉冲激光器的输出特性。
第一节引言第二节持续激光器工作特性第三节多模振荡的速度方程第四节脉冲激光器的工作特性第六章激光调制与偏转技术6学时本章重点和难点:常见的激光调制与偏转技术、电光调制、声光调制、磁光调制。