短腔磷酸盐玻璃光纤激光器及其输出特性
光纤激光器原理与特性详解
光纤激光器原理与特性详解光纤激光器是一种利用光纤作为激光介质的激光发生装置。
相较于传统的体积庞大、重量笨重的气体或固体激光器，光纤激光器具有体积小、重量轻、功率高、能耗低、稳定性好等优点，因此在通信、医疗、制造业等领域得到广泛应用。
光纤光源：光纤光源一般采用半导体激光二极管（LD）作为激光发射源。
激光二极管的特点是体积小、能耗低、效率高。
激光二极管输入的电流通过PN结，使得电子和空穴发生复合，产生光子。
由于激射器是单向导通的，只有在一个方向才放大光子，并输出激光。
光纤增益介质：光纤增益介质一般是掺杂了稀土离子的光纤，如掺铒光纤、掺钛光纤等。
这些稀土离子在被激发后会发射出特定波长的光子，形成激光。
光纤增益介质会通过受激辐射和自发辐射，使光子数目逐渐增加，形成激光。
激光输出端：激光输出端通常采用光波导器件，如耦合器、波导分束器等将光路分为两个部分：一个用于接收和放大激光，另一个用于输出激光。
1.高功率密度：光纤激光器由于光纤的小尺寸和大面积，使得激光器的功率密度较高。
因此，在一些需要高功率密度的应用中，光纤激光器具有明显的优势。
2.高效率：光纤激光器的转换效率较高，能源消耗较低。
特别是采用双泵浦的光纤激光器，在吸收泵浦光的同时，还可以精细调节增益的长度，从而提高转换效率。
3.高光束质量：光纤激光器的光束质量高，光斑较小，光线聚焦性能好。
因此在一些需要高精度、高分辨率的应用中，光纤激光器表现出优良的性能。
4.高稳定性：光纤激光器由于光纤的柔韧性，对温度、震动、机械应力等环境影响较小，稳定性较好。
因此在一些对激光输出稳定性要求较高的应用中，光纤激光器是较为理想的选择。
总而言之，光纤激光器由于其独特的原理和优点，在现代科学技术和工程应用中得到广泛应用。
随着光纤技术的不断发展，光纤激光器将进一步提高功率密度、转换效率和光束质量，为各个领域的应用带来更多的创新。
光纤激光器的简介
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。
NAP型磷酸盐钕玻璃特性
laser glass NAP NAP2 NAP4 1.0 3.7 360 25 1054 1.22 1.536 1.542 1.548 1.541 67 1.0 3.2 380 27 1052 1.10 1.523 1.530 1.536 1.527 66
dn/dT (10-6/ºC) (20~100ºC) Coeff. of linear thermal expansion (10-6/ºC) (20~100ºC) Thermal coeff. of optical path length (10-6/ºC) (20~100ºC)
NAP型磷酸盐钕玻璃
NAP型激光钕玻璃是一种高重复频率、高平均功率用钕玻璃，具有较低 的线膨胀系数、较高热导率、适中的受激发射截面，适合在激光武器或 高重复频率的激光装置中应用。 New high average power phosphate laser glass, NAP-type glass, has low linear thermal expansion coefficient, large thermal conductivity and suitable cross section for stimulated emission. NAP-type Nd3+-doped laser glass has many potential usages in laser weapons and high repetition laser application.
-8.7 8.2 3.6
1.9 6.8 5.0
Thermal Properties Transformation temp. (ºC) 478 545 Softening temp. (ºC) 517 620 Thermal conductivity (25ºC) (W/m. K) 0.766 0.864 Thermal diffusivity α (cm2/s) 28oC 0.00326 0.00382 0.757 0.753 Specific heat Cp (J/(gk)) 28oC Coeff. of linear thermal expansion 96 75 (10-7/ºC) (100~300ºC) Other Properties 2.76 2.58 Density (g/cm3) Chemical durability (weigh loss rate 0.0137 0.0007 at 100ºC distilled water) (mg/hr.cm2) Elastic modulus (GPa) 58 67 2 382 549 Knoop Hardness (kgf/mm ) 0.68 0.74 Fracture toughness (MPam1/2)
光纤激光器 特点 分类
光纤激光器特点分类光纤激光器分类特点光纤激光器是指以光纤为基质掺入某些激活离子作做成工作物质,或者是利用光纤本身的非线性效应制作成的一类激光器.Nd2o3的光纤激光器是于1963年首先研制成功。
光纤激光器是一种新颖的有源光纤器件。
它的主要特点是：（1）光纤的芯径很细（10-15um），光纤内易形成的泵浦光功率密度，且单摸状态下激光与泵浦光可充分耦合，因此光纤激光器的能量转换效率高，激光阀值低；（2）工作物质可以做的很长，因此可获得很高的总增益；（3）腔镜可直接镀在光纤端面，或采用定向耦合起方式构成谐振腔，且由于光纤具有良好的柔绕性，而可以设计成相当紧凑的激光器构型；（4）光纤基质具有很宽的荧光光谱，并且还具有相当多的可调参数和选择性，因此，光纤激光器可以获得相当宽的调谐范围和好积的单色性。
光纤激光器的类型按照光纤材料的种类，光纤激光器可分成一下几种类型：一：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；二：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；三：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；四：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。
光纤激光器的迅速发展是基于近年来的光纤技术{拉晶体光纤技术、稀土掺杂光纤技术、单摸低损耗光纤和光纤耦合技术等}和大功率半导体激光技术的突破性进展。
特别是采用半导体激光二极管（ld）作为泵浦源，以其小体积和高效率为光纤激光器的实用化奠定了基础。
目前，光纤激光器已进入实用化阶段，已见有连续输出功率几千瓦，峰值功率几万千瓦。
半导体激光器半导体激光器又称激光二极管(LD)。
进入八十年代，人们吸收了半导体物理发展的最新成果，采用了量子阱(QW)和应变量子阱(SL-QW)等新颖性结构，引进了折射率调制Bragg发射器以及增强调制Bragg发射器最新技术，同时还发展了MBE、MOCVD及CBE等晶体生长技术新工艺，使得新的外延生长工艺能够精确地控制晶体生长，达到原子层厚度的精度，生长出优质量子阱以及应变量子阱材料。
光纤激光器原理与特性详解
光纤激光器原理与特性详解首先是注入阶段。
光纤激光器需要通过一个外部的光源将光注入到光纤内部，激发光纤中的原子或分子跃迁到激发态，形成一个激发态的粒子集合。
这个注入过程可以通过光纤耦合器或光纤光源等方式实现。
接下来是放大阶段。
在放大阶段，光纤中的激发态粒子会经历自发辐射过程，将自发辐射出的光子释放出来，同时还会受到受激辐射过程的影响，将经过激发态粒子的能量转移到光子上。
这个过程会导致光子的数量迅速增加，形成激光束。
最后是反馈阶段。
在光纤激光器中，为了形成一束相干的激光束，需要引入一个光学腔，即一个具有一对反射镜的空腔结构。
其中一个反射镜是部分透明的，使得一部分光子可以逃脱出来，形成输出激光。
另一个反射镜是完全反射的，光子在镜面上多次反射，增加激光的强度和相干性。
1.高光质量：光纤激光器的输出激光具有高光质量，激光光束呈现高度的方向性、相干性和纯度，可以实现高精度的光学加工和精密测量。
2.可调谐性：光纤激光器可以通过调节光纤的长度或改变激光介质的特性，实现激光频率的调谐，可以满足不同应用的需求。
3.稳定性：光纤激光器具有较好的稳定性，其输出功率和频率变化范围较小，对外界环境的影响较小。
因此，光纤激光器可以长时间稳定地工作，并且不需要频繁校准。
4.高效能耗比：光纤激光器具有较高的电光转换效率和能耗比，在相同功率输出下，能够显著节省能源和减少运行成本。
5.小型化：光纤激光器的光源和激光放大器可以集成在一个小型的器件中，具有小体积、轻量化和易于集成的优势，适用于各类紧凑型设备和光学系统中的应用。
总结起来，光纤激光器是一种具有高光质量、可调谐性、稳定性、高效能耗比和小型化等特点的器件。
它在光学通信、激光加工、医疗、科学研究等领域有着广泛的应用和巨大的发展潜力。
光纤激光器的特点与应用
光纤激光器的特点与应用特点：1.高效率：光纤激光器的光电转换效率高，能将大部分的电能转化为光能，较低的功率损耗使其能够工作在较长时间内。
2.高光束质量：光纤激光器通过光纤内部的多次全反射使光线能够沿着光纤轴向传输，从而减少光线的发散。
这使得光纤激光器的光束聚焦度高、光斑质量好，适合用于高精度加工。
3.线性调制：光纤激光器的输出功率与泵浦光功率之间呈线性关系，能够实现根据需要进行连续、快速的功率调节，满足不同加工需求。
4.体积小、重量轻：光纤激光器相比于其他类型的激光器体积小巧、重量轻，便于安装、移动和集成于机械设备中。
5.寿命长：光纤激光器的泵浦光源通常采用半导体激光器，其寿命长达几万小时，因此光纤激光器的工作寿命相对较长。
应用：1.材料加工：光纤激光器在材料加工方面有广泛的应用，如激光焊接、激光切割、激光打标等。
其高光束质量和线性调制特性使其能够实现高精度的加工，应用于金属、塑料、陶瓷等材料的加工。
2.通信：光纤激光器被广泛应用于光纤通信系统中。
其稳定的输出功率、较低的电－光转换损耗和容易调制等特点使其成为高速通信的重要光源。
光纤激光器还可以实现WDM（波分复用）技术，将多路的信号通过一个光纤传输，提高通信带宽。
3.医疗：光纤激光器在医疗领域有广泛的应用，如激光手术、激光治疗等。
其高光束质量和可调节的输出功率使其能够实现精细的目标组织切割和病变区域消融，且对周围组织损伤小。
4.科学研究：光纤激光器的高功率、短脉冲宽度和高重复频率使其成为研究领域的重要工具。
在激光光谱学、激光脉冲探测、精密光谱分析、激光等离子体物理等领域都有重要应用。
5.展示与投影：光纤激光器的高亮度和调制灵活性使其在展示和投影领域有广泛应用。
激光投影仪通过光纤激光器的光线聚束和调制，能够实现高亮度、真彩色和高分辨率的投影效果。
总结起来，光纤激光器具有高效率、高光束质量、线性调制、体积小、重量轻和寿命长等特点。
在材料加工、通信、医疗、科学研究和展示等领域都有广泛的应用。
Er^3+：Yb^3+共掺磷酸盐玻璃激光器输出特性研究
ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ａ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ － ｔ ｙ ｐ ｅ ｍｉ ｒ ｒ ｏ ｒ ，ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｏ ｆ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍ ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｏ ｆ ３ ０ ｍＷ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ；ｅ ｒ ｂ ｉ ｕ ｍ ｇ ｌ ａ ｓ ｓ ；１ ． ５ ４／ ｚ ｍ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ
２ ０ １ ３年
第 １期
光 通 信 研 究
ＳＴＵ ＤＹ ０Ｎ ＯＰ ＴＩ ＣＡＬ ＣＯＭ Ｍ ＵＮＩ ＣＡＴＩ ＯＮＳ
２ Ｏ１ ３ ． ０ ２
总第 １ ７ ５ 期
（ Ｓｕ ｍ． ＮＯ ． １ ７ ５ ）
光 电 器 件 研 究 与 应 用
Ｅｒ ３ ＋ ： Ｙｂ ３ ＋ 共 掺磷 酸盐 玻 璃 激光 器 输 出特 性 研 究
减 小， 而 阚值 功 率增 大 。 最后 采 用 弯 月型 输 出镜 改善 光 束 质 量 ， 获 得 了最 大 功 率 为 ３ Ｏ ｍＷ 的 １ ． ５ ４ ｍ信 号光输出。 关键词 ： 激 光器； 铒玻 璃 ； １ ． ５ ４“ ｍ 激 光 中围 分 类 号 ： ＴＮ ２ ４ ８ ． １ 文献标志码 ： Ａ
Ｘｕ Ｃ ｕ ｉ ｌ ｉ ａ ｎ，Ｗ ａ ｎ ｇ Ｂｉ ｎ ｋ ｅ ，Ｌｉ ｕ Ｊ ｉ ｎ ｇ （ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ａｉ ｒ Ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｘｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ５ １ ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ） Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｅｍｉ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｌ ｉ ｇ ｈ ｔ ａ ｔ ａ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ １ ． ５ ４ ｕ ｍ ，ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ — ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｅｒ ” ：Ｙｂ 。 ｃ ｏ ｄ ｏ ｐ ｅ ｄ ｐ ｈ ｏ ｓ ｐ ｈ ａ ｔ ｅ ｇ ｌ ａ ｓ ｓ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｉ ｓ ｗｉ ｄ ｅ ｌ ｙ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｅ ｄ ｉ ｎ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｍｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ，ｒ ａ ｄ ａ ｒ ａ ｎ ｄ ｅ ｙ ｅ － ｓ ａ ｆ ｅ ｌ ａ ｓ ｅ ｒ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｆ ｉ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｆ ｌ ａ ｔ — ｆ ｌ ａ ｔ ｃ ａ ｖ ｉ ｔ ｙ —ａ ｎ ｄ ｆ ｌ ａ ｔ — ｃ ｏ ｎ ｃ ａ ｖ ｅ ｃ ａ ｖ ｉ ｔ ｙ — ｓ ｙ ｓ — ｔ ｅ ｍｓ ｌ ａ ｓ ｉ ｎ ｇ ａ ｔ ＴＥＭ０ ０ １ ． ５ ４Ⅱ ｍ ｗａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ａ ｒ ｅ ｒ ｅ ａ ｌ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｏ ｕ ｔ ｐ ｕ ｔ ｗａ ｖ ｅ ｌ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ９ ７ ５ ｎ ｍ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ＬＤ ｐ ｕ ｍｐ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｕ —
光纤激光器的主要特点_百度文库
光纤激光器的主要特点
光纤激光器的主要特点:
(1光纤作为导波介质,纤芯直径小,纤内易形成高效率密度,可方便地与目前的光纤通信系统高效连接,构成的激光器具有高转换效率、低阙值、高增益、输出光束
质量好和线宽窄等特点;
(2由于光纤具有极好的柔绕性,激光器可设计得相当小巧灵活、结构紧凑、体
质小、易于系统集成、性能价格比高;
(3由于光纤具有很高的“表面积/体积”比,散热效果非常好,所以光纤激光器可以工作在-20~70℃的环境温度内,不需要庞大的水冷系统,只需简单的风冷即可,且可在恶劣的环境下工作,如在高冲击、高震动、高温度、有灰尘的条件下正常运转;
(4具有相当好的可调谐参数和选择性,能获得宽调谐范围(380nm~3900nm和相当好的单色性和高稳定性,使用寿命长,平均无故障工作时间在10kh甚至100kh以上;
(5采用特殊的器件结构可获得高功率输出或短脉冲输出。
光纤激光器的应用:
高功率掺镜光纤激光器(HPFL与目前加工中常用的二氧化碳激光器、光泵YAG、半导体泵浦YAG
激光器相比,泵浦源寿命长,使用方便,环境适应能力强,空气冷却等优点,使它在
激光应用技术领域中呈现出完美的应用前景。
新华鹏光纤激光器可用于材料加工和制造
不同材料加工所需光纤激光器功率如下:
金属切割:500w~2kw
金属焊接和硬焊:500w~20kw
金属淬火和涂敷:2~20kw
玻璃和硅切割:500w~2kw
聚合物和复合材料切割200w~1kw
快速印刷和打印:20w~1kw
软焊和烧结为50~500w
消除放射性沾染300w~1kw
光纤激光器的优良性能,决定了它比半导体激光器和大型激光器拥有更多的优势,其应用范围越来越广阔,为满足快速增长。
激光器的输出特性-激光器的输出功率
新材料、新结构激光器的研究与发展
随着科技的不断进步，新型材料和结构不断涌现，为激光器的研发提供 了新的机遇和挑战。
新材料、新结构激光器具有更高的性能指标和更广泛的应用前景，如全 固态激光器、光纤激光器、微纳激光器等。
01
利用激光能量对病变组织进行照射，具有创伤小、恢复快、副
作用少等优点。
激光诊断
02
利用激光技术对生物组织进行无损检测和诊断，如光谱分析、
荧光成像等。
激光美容
03
利用激光能量对皮肤进行美白、祛斑、除皱等处理，改善皮肤
质量。
通信与信息处理
光通信
利用激光的相干性，实现高速、大容量、长距离的通信传输。
光存储
最大输出功率适用于需要评估激光器性能和极限的场合，如科学研 究、高功率激光应用等。
03
激光器输出功率的影响因素
泵浦源的功率与效率
泵浦源的功率决定了激光器能够激发的工作物质的总能量。 一般来说，泵浦源的功率越高，激光器的输出功率也会相应 提高。
泵浦源的效率指的是泵浦源转换为激光能量的效率，高效率 的泵浦源能够将更多的输入能量转换为激光能量，从而提高 激光器的输出功率。
05
激光器输出功率的应用
材料加工
激光切割
利用高功率激光束对材料 进行切割，具有精度高、 速度快、热影响区小的优 点。
激光焊接
通过激光束将材料熔化并 连接在一起，具有高强度、 低变形、无污染等优点。
表面处理
利用激光能量对材料表面 进行硬化、熔覆、合金化 等处理，提高材料性能。
医学诊断与治疗
铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤激光器实现100mW单频输出
10 H e Yingh on g,W ei Dex ing,Ch eng Juan et al..Hig hly efficientand tunable dye laser output in R6G ethan ol solu tion excited by 566nm laser [J ].L aser J our nal,2004,25(4):22~23贺应红,韦德行,程 娟等.若丹明6G 乙醇溶液中566n m 泵浦的高效可调谐激光输出[J].激光杂志,2004,25(4):22~2311 A. B.D .yachk ov,bozin.E fficient 510~578-nmconversion of emis sion of copper vapou r las ers [J ].Quantun E le ctr onincs ,2002,32(9):825~827铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤激光器实现100mW 单频输出*通信联系人。
E -mail:hwcai@sio 单频光纤激光器具有线宽窄、转换效率高、光束质量好、全光纤集成、环境适应性好等优点,在相干通信、激光雷达、高分辨激光光谱、光纤传感等领域有着广泛应用。
随着技术的进步,在一些应用中,对光纤激光器性能提出了更高的要求,需要兼具窄线宽,高稳定性,高集成度和高输出功率的性能。
短腔结构通过加大纵模间隔保证激光器无跳模单纵模运转,是实现窄线宽单频激光输出的有效方法。
磷酸盐玻璃光纤具有非常高的稀土离子可溶性,掺杂浓度比石英光纤高两个数量级,可以用短的激光腔实现高功率输出,解决了腔长与功率的矛盾,特别适合用作单频光纤激光器的增益介质。
因此,基于高掺杂磷酸盐玻璃的单频光纤激光器已成为光纤激光器领域发展的热点,2003年美国亚利桑那大学和NP Photo nics 公司制作出高掺杂浓度、高转换效率的铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤,在1.55L m 波长处光纤的增益系数为5dB/cm,比掺铒石英光纤高两个数量级,基于该光纤实现了超短直线腔DBR 结构单频激光输出(腔长2cm),激光器输出功率达到100mW ,线宽2kH z 。