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光纖激光器

高功率雙包層光纖激光器的原理(二)

星之球激光 來源:法利萊2013-03-14 我要評論(0 )   

雙包層光纖 激光 器最容易實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)為線性腔、端泵浦的形式,即在雙包層光纖的兩端加上激光雙色鏡,經(jīng)過耦合系統(tǒng)的泵浦光從雙包層光纖的一端進(jìn)入光纖,產(chǎn)生的信號光在...

        雙包層光纖激光器最容易實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)為線性腔、端泵浦的形式,即在雙包層光纖的兩端加上激光雙色鏡,經(jīng)過耦合系統(tǒng)的泵浦光從雙包層光纖的一端進(jìn)入光纖,產(chǎn)生的信號光在兩個腔鏡和雙包層光纖組成的諧振腔中進(jìn)行激光振蕩,得到模式優(yōu)質(zhì)的激光輸出。

  泵浦源LD所產(chǎn)生的泵浦光經(jīng)過透鏡耦合系統(tǒng)準(zhǔn)直、聚焦后入射到雙包層光纖的前端,經(jīng)過光纖前端的二色鏡進(jìn)入有著大數(shù)值孔徑和大橫向尺寸的內(nèi)包層,并沿著光纖傳輸,在傳輸過程中激發(fā)摻雜纖芯中的稀土離子產(chǎn)生受激躍遷,并形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn),在達(dá)到形成激光振蕩所需要的條件后,從光纖的另一端輸出激光。非球面透鏡耦合系統(tǒng)的作用是將多模半導(dǎo)體激光器輸出的光束變換成為適合在雙包層光纖中傳輸?shù)墓馐?。前腔鏡用于將后向的激光反射回到光纖中去,后腔鏡的作用是把剩余泵浦激光反射回到光纖包層中去繼續(xù)參與泵浦,并反射部分信號激光回到光纖纖芯參與激光振蕩,進(jìn)行諧振放大。

  由于采用雙包層光纖的特殊結(jié)構(gòu),雙包層光纖激光器除了具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、散熱性好、輸出激光光束質(zhì)量好等一些光纖激光器的優(yōu)點外,還有著一些獨特的優(yōu)點:

 ?。?) 雙包層光纖作為波導(dǎo)介質(zhì),纖芯直徑非常小,在纖芯內(nèi)限制了極少數(shù)的激光模式,很容易形成高功率密度,且內(nèi)包層結(jié)構(gòu)能保證大功率半導(dǎo)體泵浦,因而可以提高泵浦效率,實現(xiàn)高增益。雙包層光纖的特殊結(jié)構(gòu)降低了激光器的工作閾值,提高了泵浦光轉(zhuǎn)換效率。纖芯的幾何尺寸限制了在光纖內(nèi)傳輸?shù)墓獾哪J剑x擇適合的增益光纖就可以使激光實現(xiàn)單模運轉(zhuǎn),同時保證輸出光束的質(zhì)量。

  (2) 由于雙包層光纖具有很高的“表面積/體積”比,散熱效果好,環(huán)境溫度允許在-20~70攝氏度,無需龐大的水冷系統(tǒng),高功率運轉(zhuǎn)時也需要風(fēng)冷。冷卻系統(tǒng)的簡化降低了激光器的成本,極大地提高了激光器的穩(wěn)定性和工作壽命,平均無故障時間在10000h甚至100000h以上。又由于雙包層光纖具有良好的柔性,雙包層光纖激光器可以設(shè)計得相當(dāng)小巧、結(jié)構(gòu)緊湊、易于集成,可以在高沖擊、強振動、高溫度、有灰塵等相對惡劣的環(huán)境中工作,特別適用于對功率要求較高的特殊環(huán)境。

     (3) 雙包層光纖激光器具有良好的光譜特性。通過改變雙包層光纖纖芯內(nèi)的摻雜物質(zhì)或者摻雜物質(zhì)的組分(如鐿/釹共摻),可以實現(xiàn)不同波長的激光輸出。同時對于某單一摻雜物質(zhì),輸出的光譜特性也受到基質(zhì)材料的影響。

  (4) 雙包層光纖激光器本質(zhì)上是一種光纖器件,因此,它能以較高的耦合效率與目前的光纖通信系統(tǒng)中的光纖器件(如光纖耦合器、光纖反射鏡、光纖光柵、光纖放大器、波分復(fù)用器等)連接。將光纖激光器用在現(xiàn)有的通信系統(tǒng)上,可以支持更高的傳輸速率,也是未來高碼率密集波分復(fù)用系統(tǒng)以及未來相干通信的基礎(chǔ)。

 

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