光纖激光器具有效率高、功率大和多種波導(dǎo)共振的特點(diǎn)。隨著光纖制作工業(yè)的發(fā)展,由超低損耗硅酸鹽玻璃構(gòu)成的新型光纖有著較低的散射損耗,雜質(zhì)損耗和材料缺陷,這種光纖激光器能夠產(chǎn)生更好的光束特性和能量。在光纖激光器中,相比于包層泵浦,采用多模半導(dǎo)體二極管激光器作為泵浦源更直接更有效的激發(fā)單模光纖纖芯,以達(dá)到產(chǎn)生近衍射極限的輸出和至少三個(gè)數(shù)量級(jí)亮度增強(qiáng)的目的。盡管使用摻稀土陽離子的光纖會(huì)引入附加的瑞利散射,但是由于光纖泵浦能更大程度增強(qiáng)增益,其影響微乎其微。在光纖的泵浦纖芯和激發(fā)纖芯層之間傳播光束模態(tài)尺寸較小,在高效率的前提下保證了激光器的低閾值和高增益。
紅外激光器所需要非連續(xù)可協(xié)調(diào)激光光源。量子級(jí)聯(lián)激光器可以產(chǎn)生極好的中紅外激光。但是連續(xù)波工作模式下的量子級(jí)聯(lián)激光器,70%輸入電功率轉(zhuǎn)化成為熱噪聲。激光器中泵浦介質(zhì)作用面積大約100μm2,用它做泵浦源不易產(chǎn)生高功率單模中紅外激光。硫系陶瓷激光器產(chǎn)生輸出功率為15W的單個(gè)連續(xù)縱模激光,但熱透鏡效和多聲子散射限制發(fā)射功率無法克服。直接能帶隙Ⅲ-Ⅴ型半導(dǎo)體二極管激光器室波段范圍在1.9~2.7μm,但俄歇復(fù)合在波段大于1.8μm的波長(zhǎng)時(shí)將顯著降低激光器效率??蓞f(xié)調(diào)、數(shù)瓦級(jí)輸出功率的光學(xué)參量震蕩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定緊湊,但是參量需要窄線寬和線偏振態(tài),顯著限制泵浦。然而,光纖激光器可以完全滿足連續(xù)性的選擇,并且相比參量震蕩,也具有眾多非常重要的優(yōu)勢(shì)。
摻Y(jié)b3+離子硅玻璃光纖激光器,在波長(zhǎng)為1μm時(shí)的輸出功率和效率值最大。輸出50kW的商用激光器大量在切割、焊接以及汽車制造業(yè)取得巨大成功原因如下:首先,盡管量子缺陷(即泵浦光和激光光子能量的間隙)降到10%,但是量子效率卻接近100%。其次,使用硅玻璃制作光纖,提供很高的穩(wěn)定性。第三,雙層能級(jí)結(jié)構(gòu)減緩Yb3+離子間的能量傳遞,降低摻Y(jié)b3+離離子濃度的限制。但是,把光纖激光器發(fā)射波段朝中紅外拓展甚至是擴(kuò)展到中紅外,對(duì)商業(yè)和實(shí)驗(yàn)應(yīng)用非常有必要。
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