下载文档原格式
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。
关键词：光纤激光器应用扩展发展前景abstract:Fiber laser as a light source in the field of optical communication has been widely used, and as the dual-protection layer of high-power fiber lasers appear, its application istoward to the laser processing, laser ranging, laser radar,laser art of imaging, security and bio-medical laser rapid expansion of a wider area. The following article outlines the principles of fiber lasers, characteristics, applicationsand prospects for development.Keywords: fiber laser applications development prospects.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。
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预仪调Q、光纤马赫一曾特尔干预仪调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 。
如下图泵浦源为多模半导体激光器〔LD〕，带有800um的输出尾纤,,,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。
光纤激光器1、激光器基本结构激光器由三部分组成：泵浦源、增益介质、谐振腔。
图1 激光器基本结构示意图1.1 原子能级间受激吸收与受激辐射E 1E 2E 1E 2受激吸收E=E 1-E 2E1E 1E 2E 2E=E 1-E 2受激辐射E=E 1-E 2E=E 1-E 2图2 受激吸收与受激辐射示意图受激吸收为在能量为E 入射光子的作用下，处在低能级E 1的粒子吸收能量E 跃迁到高能级E 2的过程。
受激辐射为在入射的能量为E 的光子的作用下，处在高能级E 2的粒子受激发，跃迁到低能级E1，同时辐射出与入射光子E状态相同的光子的过程。
1.2激光产生过程如图1，激光器由泵浦源、增益介质、谐振腔组成。
增益介质为主要产生激光的工作物质。
由于粒子处在低能级比处在高能级稳定，因此通常情况下，物质粒子按照玻尔兹曼分布规律分布，即高能级粒子比低能级粒子少。
泵浦源为增益介质提供能量，使增益介质中的低能级粒子吸收能量，受激吸收，向高能级跃迁，使高能级处粒子数高于低能级粒子数，这种分布规律称为粒子数反转分布，使增益介质中积累了大量能量。
当有高能级粒子向低能级自发跃迁并释放出光子时，大量高能级粒子在初始光子作用下受激辐射，释放出大量状态相同，即波长相同、能量相同、方向相同、偏振态的光子。
这种在泵浦源与增益介质共同作用下使初始光子通过受激辐射效应放大而产生的光即为激光。
对特定波长激光全反射的输入镜与对该波长激光部分反射的输出镜构成光学谐振腔。
谐振腔主要有两方面作用：一是提供轴向光波的光学正反馈；二是控制激光震荡模式特性。
由于输出镜具有部分反射率，它可以使通过增益介质放大的光一部分通过透镜射出腔外，获得我们需要的特定波长的激光，另一部分反射回谐振腔，再由于输入镜对激光具有全反率，从而使轴向光波在谐振腔中往返传播，多次通过激活介质，在腔内形成稳定的自激振荡。
由于谐振腔镜只对特定波长的光镀全反射膜和部分反射膜，因此只有特定波长的光能产生自激震荡。
光纤打标机和半导体及灯泵浦激光打标机三者主要性能比较武汉百一机电工程有限公司光纤激光打标机与灯泵浦激光器性能对比光纤激光打标机设备型号及性能“武汉百一”的BY-YLP光纤激光打标机在激光打标应用方面具有许多独特的优势。
与传统的固体激光器使用晶体棒作为激光介质不同，光纤激光器的激光介质是很长的掺镱双包层光纤，并被高功率多模激光二极管所泵浦。
BY-YLP系列光纤激光打标机使用特点1、光束质量极好，适用于精密、精细打标BY-YLP系列光纤激光打标机光束质量比传统的灯泵浦固体激光打标机好得多，为基模（TEM00）输出，发散角是灯泵浦激光器的1/4。
尤其适用于要求高的精密、精细打标。
2、体积小巧、搬运方便、实现便携化BY-YLP采用光纤传输，由于光纤具有极好的柔绕性，激光器设计得相当小巧灵活、结构紧凑、体积小。
其重量和占地面积分别是灯泵浦泵浦激光打标机的1/10和1/4，节省空间，便于搬运。
且采用光纤传输决定了其能适应加工地点经常变换的要求，实现产品的便携化。
3、激光输出功率稳定、设备可靠性高能量波动低于2%，确保激光打标质量的稳定；平均无故障使用时间可达10万小时以上，灯泵浦激光打标机的氪灯的使用寿命在800小时左右。
4、效率高、能耗低、节省使用成本电光转换效率为30%（灯泵浦激光打标机为3%），设备功率仅500－1000W，日均耗电10度，是灯泵浦激光打标机的1/10左右，长期使用可为用户节省大量的能耗支出。
5、自主知识产权的操作软件，操作简便、功能强大可以标刻矢量式图形、文字、条形码、二维码等，可升级实现在线打标，自动打标日期、班次、批号、序列号，支持PLT、PCX、DXF、BMP等文件格式，直接使用SHX、TTF字库。
激光打标机系统组成BY-YLP型光纤激光打标机主要由四部分组成，即：进口光纤激光器、光路及振镜扫描系统、计算机控制系统及工作台。
1、光纤激光器光纤激光器一体化整体结构，无光学污染、无功率的耦合损失，结构小巧紧凑，空气冷却，具有其他激光器不具备的高效率和可靠性。
激光常见的分类激光（Laser）是一种以光学放大的原理产生的高度聚焦的光束。
它的特点是单色性、同相性和高亮度，广泛应用于各个领域，包括医疗、通信、制造等。
根据激光器的工作原理和应用领域的不同，激光可以被分为多种分类。
一、气体激光器气体激光器是一种利用气体放电形成的激发能量来激发激光发射的装置。
根据使用的气体种类不同，气体激光器可以分为氦氖激光器、二氧化碳激光器、氩离子激光器等。
其中，氦氖激光器是最早被发现的激光器，其工作波长为632.8纳米，广泛应用于医疗、测量和教育领域；二氧化碳激光器的工作波长为10.6微米，主要用于切割、焊接和雕刻等工业应用；氩离子激光器的工作波长为488纳米和514纳米，常用于生物医学研究和材料加工等领域。
二、固体激光器固体激光器是利用固体材料中的活性离子或色心离子来产生激光的装置。
常见的固体激光器有Nd:YAG激光器、Nd:YVO4激光器等。
其中，Nd:YAG激光器的工作波长为1064纳米，是目前应用最广泛的固体激光器之一，可用于切割、焊接、标记等工业应用；Nd:YVO4激光器的工作波长为1064纳米，它具有更高的光转换效率和更窄的线宽，适用于高精度的激光加工和科学研究等领域。
三、半导体激光器半导体激光器是利用半导体材料中的电子和空穴复合产生激光的装置。
半导体激光器具有体积小、功耗低和价格便宜等优点，广泛应用于通信、显示和医疗等领域。
根据结构和工作方式的不同，半导体激光器可以分为激光二极管、垂直腔面发射激光器（VCSEL）等。
激光二极管是最常见的半导体激光器，其工作波长范围广泛，可从红外到可见光，适用于光存储、医疗和传感等应用；VCSEL是一种垂直发射的半导体激光器，具有窄的光谱线宽和高的发射功率，主要用于光通信和3D成像等领域。
四、光纤激光器光纤激光器是利用光纤中的增益介质来放大激光的装置。
光纤激光器具有体积小、可靠性高和抗干扰能力强等优点，广泛应用于通信、材料加工和医疗等领域。
高能光纤激光器20 May 2011:Vol. 332no. 6032pp. 921-922DOI: 10.1126/science.1194863PerspectivePhysics转载请注明：由“西瓜嚼不烂”翻译~注１：黑色括号【】内为原文，表示没找到对于该专业词汇的准确翻译，括号前的名词多为根据原文编撰的词汇。
注２：原文见后。
【正文：】激光有着良好的相干性（空间相干），并且能够提供很高的脉冲峰值功率，故而在目前，激光的应用范围十分的广泛。
许多情况下，尤其是制造业，在切割、焊接、钻孔等方面，高度稳定的能量是必不可少的。
低功率光纤放大器是光纤网络的重要组成部分，同时它也可以发展成为工业用激光器的领跑者。
目前它的输出功率已经达到1kw，最近更是达到了惊人的10kw以上。
而这些成果都受到衍射受限光束的光束质量的限制，因为这一属性决定了光束是否能够有效地汇聚于一点。
连同强度和波长,它们一起决定了空间光的亮度和辐射率。
激光的高亮度并不取决于激光本身的能量大小，而取决于光纤激光器能够照射到目标上的能量密度。
大功率光纤激光器的成功背后有几个小秘密。
一个是包层泵浦【cladding-pumping】(4 - 6)，与传统的光学纤维(见图)相比，它使用更为复杂的光纤结构。
除了用通常的纳米数量级纤芯的光纤【few-micrometer-sized】来导光，这种双层包层的光纤还包括一个二级的同轴波导包围着纤芯。
大多数光纤激光器的光泵浦都采用半导体激光二极管，这种体积较大的二级同轴波导则在空间上容许更多的激光半导体二极管来作为泵浦，用以提供几千瓦的低成本、低亮度的光功率。
其后我们向纤芯中掺杂了镱【Ytterbium】，作为激光激活（放大）的掺杂剂。
镱是一种十分有效的激光放大离子，一方面是由于放大光的波长(1040nm——1100nm)与泵浦光的波长(910nm——980nm)十分接近(7、8)。
而两者不同之处则被称为“量子数亏损”，量子数亏损决定了激光器所产生的散热，为了降低发热，可以证明，波长为1020nm的泵浦光适用于10kW的激光器(3)。
激光器件的应用和发展前景摘要激光器件是近年来激光领域关注的热点之一，其中光纤激光器具有绝对理想的光束质量、超高的转换效率、完全免维护、高稳定性以及体积小等优点，应用领域广泛。
国外对光纤激光器的研究不断有新进展，光纤激光器单模输出功率最高可达3kW。
国内的科研单位在发展高功率光纤激光器方面，急起直追的攻克大功率光纤激光器的关键技术。
本文简要阐述了光纤激光器件的结构和原理，主要阐述了其在通信、军事、国防、销毁弹药、微材料处理、造船业岩石及泥土材料处理、焊接、标刻、材料处理、材料、弯曲、激光切割、医疗、石油及航天等行业的应用，对光纤激光器件的发展做了回顾，并展望了光纤激光器件在新领域的应用前景，随着相关技术的完善，光纤激光器将向更广阔的领域发展，并有可能成为替代固体激光器和半导体激光器的新一代光源, 形成一个新兴的产业。
关键词：光纤激光器；掺杂光纤；输出功率AbstractIn recent years, laser device is one of the hot areas of concern, which is absolutely ideal for fiber laser with the beam quality, ultra-high conversion efficiency, totally maintenance-free, high stability, as well as the advantages of small size and wide range of applications. Overseas research on fiber lasers, there have been new progress insingle-mode fiber laser output power up to 3kw.China's scientific research units in the development of high power fiber lasers, the catch up in the capture of key high-power fiber laser technology. This paper described the structure of fiber-optic laser device and the principle of its major in communications, military, national defense, the destruction of munitions, micro material processing, shipbuilding rock and soil material handling, welding, marking, materials processing, materials, bending, laser cutting, health care, oil and aerospace industries, suchas application of the development of fiber-optic laser device has done a review and prospect of a fiber laser device applications in the new prospects, with the improvement of technology, fiber lasers will be a broader the field of development and has the potential to become an alternative solid-state laser and a new generation of semiconductor laser light source, the formation of a new industry.Key words: fiber laser; doped fiber; output power目录摘要 IAbstract II第一章绪论 11.1课题背景 11.2 国内外的研究进展 11.2.1 国外研究进展 11.2.2 国内研究进展 21.3 本文主要研究内容 3第二章光纤激光器的结构及工作原理 42.1 光纤激光器的结构 42.2 光纤激光器的工作原理 4第三章光纤激光器件的应用 63.1引言 63.2 光纤激光器件的应用 63.2.1 光纤激光器在通信中的应用 63.2.2光纤激光器在军事中的应用 73.2.2.1 光纤激光器件在国防中的应用 73.2.2.2 光纤激光器件在销毁弹药中的应用 83.2.3光纤激光器在制造业的应用 103.2.3.1光纤激光器件在微材料处理方面的应用 103.2.3.2 光纤激光器件在造船业上的应用 113.2.4光纤激光器在材料加工上的应用 123.2.4.1岩石及泥土材料处理的应用 123.2.4.2 焊接的应用 123.2.4.3标刻应用 133.2.4.4 材料处理的应用 133.2.4.5 材料弯曲的应用 143.2.4.6 激光切割的应用 143.2.5光纤激光器在医疗中的应用 153.2.6 光纤激光器在石油及航天等领域中的应用 15第四章光纤激光器的发展现状 164.1国外的发展现状 164.2 国内的发展现状 17第五章激光器件的发展前景 19结论 20参考文献 21致谢 23第一章绪论1.1课题背景目前激光器的种类很多，如按激光器工作物质性质分类，可分为气体激光器、固体激光器、液体激光器和半导体激光器等，光纤激光器是近年来激光领域关注的热点之一，光纤激光器与传统固体激光器相比具有转换效率高、光束质量好、散热方便等优势，是国际上激光技术研发领域的最大热点之一。
wo最新文件---------------- 仅供参考--------------------已改成-----------word文本--------------------- 方便更改rdMOPA放大技术引言1917年，Einstein在《关于辐射的量子理论》一文中首次提出了受激辐射的概念，他认为:在物质与辐射场相互作用中，构成物质的分子或原子可以在光子激励下产生新光子，这就为激光(受激辐射光放大)概念的提出打下了最初的理论基础。
但是，激光器的研究真正开始于1958年科学家Schawlow和Townes提出的利用尺度远大于波长的开放式光学谐振腔实现激光器的思想和Bloembergen 提出的利用光泵浦三能级原子系统实现原子数反转的思想。
之后，全球的研究小组开始了一场研制世界上第一台激光器的激烈竞赛。
很快，在1960年，世界上第一台激光器诞生于美国California州休斯实验室，Maiman等科学家成功进行了红宝石全固态激光器的实验演示，从此开启了激光器研究的大门。
光纤激光器的研究起源于1961年，当时Snitzer在纤芯为300的掺钕玻璃波导中发现了激光辐射现象。
随后，Snitzer等人又发表了有关共掺杂光纤中光放大的论文，分别提出了光纤激光器和光纤放大器的构想。
1966年，高馄和Hockham首次讨论了研制低损耗光纤的可能性，为现代光纤通信奠定了基础，也为通信波段光纤激光光源的研究提出了迫切的要求。
大约到了1975年左右，随着低损耗光纤的研制成功和作为光纤激光器泵浦源的半导体激光器的不断实用化，光纤激光器和光纤通信的研究开始进入了快速发展时期。
1985年，英国Southampton大学的Poole等人利用化学气相沉积法制作出了第一根低损耗的单模掺铒光纤(Erbium-doped Fiber, EDF)并制作了掺铒光纤激光器，标志着稀土离子掺杂技术走向成熟，也为各种掺杂增益光纤的制作奠定了基础。
第35卷，增刊V b l．35Suppl啪eTl t红外与激光工程I nf r ar ed a nd Las er E n gi n eer i ng2006年10月O ct．2006高功率光纤激光器用双包层光纤参数设计李尧，于继承，赵鸿，朱辰，周寿桓(固体激光技术国家级重点实验室，北京100015)摘要：非线性效应(sBs、sRS)、光纤侧表面散热能力及光纤端面破坏等因素的存在限制了光纤激光器输出功率的进一步提高。
为实现单纤千瓦级近衍射极限激光输出，大模面积双包层光纤(LM A D C F)的特性参数，包括纤芯及内包层直径、数值孔径，吸收系数、光纤长度等的设计至关重要。
关键词：高功率光纤激光器；大模面积双包层光纤；参数设计中图分类号：T N253文献标识码：A文章编号：l007—2276(2006)增C一015905P a r a m e t e r s des i gn of doubl e cl ad f i ber f or hi gh pow e r f i ber l a ser sL I Y-a o，Y U J i-chen g，Z H A O H ong，ZH U C he n，Z H O U Sho u．hu an(Nal i o IIa l K e y Lab．ofs ol i d-s t a t e L豁cr Tcch∞lo卧Be0五Il g l O o ol5，chi舱)A bs t髓ct：111ere ar e l otS of l i m i t s i nc l udi ng opt i ca l nonl i l l ea r e虢ct s(SR S，SB S)，opt i cal and t l lem al d锄age f or t he pow e卜scal i ng of a si ngl e-f i b er l as er c onfi gur a t i on t o an out put pow e r of1kW．I n order t o r e al i z e1kW out put pow er w i t hdi衢a ct i on—l i m i t e d be帅qual i妣i t’s neces s a哆t o des i gn t he param et er s of a L M A D C F carem l l y，such雏i nner-c l addi ng di a m e t e r，c or e di am et er，N．A，and f i b er1en舀h．K ey w or ds：H i gl l pow er舶er I aser s；L ar ge m od e a r ea doub l e clad肺er；P盯锄et er s des i班0引言与传统固体激光器相比，光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、热管理简单、结构设计灵活等特点。
