激光器的应用——光纤激光器
光纤激光器计算公式
光纤激光器计算公式摘要：1.光纤激光器概述2.光纤激光器的计算公式a.输出功率和转换效率b.光束质量c.增益光纤长度d.系统稳定性e.损耗计算3.新型光纤激光器的研制4.光纤激光器的应用领域5.总结正文：一、光纤激光器概述光纤激光器是一种采用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器。
它在光纤放大器的基础上开发出来，通过泵浦光的作用下，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。
二、光纤激光器的计算公式光纤激光器的计算公式主要包括以下几个方面：1.输出功率和转换效率：光纤激光器的输出功率和转换效率是衡量其性能的重要指标。
输出功率的计算公式为：P_out = P_in * η，其中P_out 为输出功率，P_in 为输入功率，η为转换效率。
2.光束质量：光束质量是描述激光束形状和聚焦能力的重要指标。
光束质量的计算公式为：M^2 = (B_1 / 4π) * (λ/ d_0)^2，其中M^2 为光束质量因子，B_1 为激光束束腰半径，λ为激光波长，d_0 为激光束直径。
3.增益光纤长度：增益光纤长度是指在光纤激光器中，光信号经过光纤放大后的长度。
增益光纤长度的计算公式为：L_gain = P_in / (α* P_out)，其中L_gain 为增益光纤长度，α为光纤的衰减系数。
4.系统稳定性：系统稳定性是指光纤激光器在不同工作条件下，输出光功率和光束质量的稳定性。
系统稳定性的计算公式为：ΔP_out / ΔP_in = -β* L_gain / (1 + β* L_gain)，其中ΔP_out / ΔP_in 为稳定性因子，β为光纤的反馈系数。
5.损耗计算：光纤损耗是指光信号经光纤传输后，由于吸收、散射等原因引起光功率的减小。
光纤损耗的理论计算公式为：A = 10 * log10 (P_in /P_out)，其中A 为光纤损耗，P_in 为输入光功率，P_out 为输出光功率。
高功率IPG光纤激光器应用简介
高功率IPG光纤激光器应用简介一、IPG光纤激光器简介1.光纤激光器简介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。
2.光纤激光器的优势首先是使用成本低，光纤激光器替代了不稳定或高维修成本的传统激光器。
其次，光纤激光的柔性导光系统，非常容易与机器人或多维工作台集成。
第三，光纤激光器体积小，重量轻，工作位置可移动。
第四，光纤激光器可以达到前所未有的大功率(至五万瓦级)。
第五，在工业应用上比传统激光器表现更优越。
它有适用于金属加工的最佳波长和最佳的光束质量，而且光纤激光器在每米焊接和切割上的费用最低。
第六，一器多机，即一个激光器通过光纤分光成多路多台工作。
第七，免维护，使用寿命长。
最后，由于其极高的稳定性，大大降低了运行中对激光质量监控的要求。
简单来说就是高功率下的极好光束质量，高光束质量下的极好电光效率，高功率高光束质量下的极小体积、可移动性和柔性。
3.IPG简介全球最大的光纤激光制造商IPG Photonics由Valentin Gapontsev博士于1991年创建，总部设在美国东部麻省。
IPG在德国、美国、俄罗斯和意大利设有生产、研发基地，并在全球设有销售和服务网点，覆盖美国、英国、欧洲、印度、日本、韩国、新加坡和中国，并于2006年在美国纳斯达克上市。
十八年来，IPG致力于纵向合成，所有的核心配件均为IPG研发、生产和拥有，同时也是唯一一个能为客户提供高性价比的光纤和半导体激光器的厂家。
高功率是IPG的优势。
全世界已有上千台IPG的高功率(>1KW)光纤激光器在汽车制造、船舶制造、海上平台和石油管道、航空航天和技术加工等工业领域中得以应用。
在日本，我们向丰田、三菱、住友在内的客户售出了数百台IPG的大功率光纤激光器。
光纤激光器的特点与应用
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。
光纤激光器的原理及应用
光纤激光器的原理及应用引言机器人激光切割成套设备是基于机器人机构，利用光纤激光器产生的大功率高能密度定向激光，实现汽车用钢板等板材自动切割的成套生产设备。
由于光纤激光采用光纤传输，可将光束传送到远距离加工点，并且光纤自身可自由变换形状，在机器手的夹持下，其运动由机器手的运动决定，因此能匹配自由轨迹加工，完成平面曲线、空间的多组直线、异形曲线等特殊轨迹的激光切割。
激光加工在工业中所占的比重已经成为衡量一个国家工业加工水平高低的重要标志。
切割、焊接是汽车白车身制造中的重要生产工艺，尤其在新车型开发和小批量定制中，采用先进的激光切割(代替部分修边—冲孔工序的模具)可以大大提高开发效率、降低开发成本，从而使得激光切割的应用倍受青睐。
1.影响光纤激光器能量传输的主要因素由于激光在光纤中不可避免地会产生吸收、散射及透射等现象，所以导致光纤传输激光功率随光纤长度的增加而衰减。
通常用dB数来表示衰减度，dB值用下式计算式中，是衰减前的激光功率；P是衰减后的激光功率。
对于由传输长度引起的衰减来说，表示光纤中x=0处的激光功率，P是激光从x=0传播到x=x处的功率。
由式(1)可知，P(x)和的关系满足式中，x的单位为km，表示每千米衰减的dB数。
从式(1)可以看出，当耦合光纤足够长时，即使光纤的值较小，光纤长度引起的衰减也不可忽视。
对于激光能量分布按Gauss分布的光纤，其传输的激光功率密度(或称激光强度)I可认为与纤芯半径a的平方成反比，即因此，若保持光纤传输的激光功率不变，减小光纤芯径即减小传输激光能量的光纤纤芯的横截面面积，则光纤传输的激光功率密度将增加。
光纤耦合引起的衰减不容忽视。
例如在激光二极管点火中，激光二极管与光纤的耦合，光纤与光纤之间的耦合，光纤与点火器之间的耦合都存在能量损失。
激光的热效应也是不容忽视的。
在激光点火中，通常情况下，正是利用激光的热效应来引燃、引爆含能材料。
因此，光纤包层及封装材料的传热系数越大，热散失越多，光纤最终输出的能量损失越大。
光纤激光器的工作原理
光纤激光器的工作原理
光纤激光器是一种应用广泛的激光器类型，其工作原理是基于光纤和激光介质之间的相互作用。
光纤激光器通常是由多个光纤组成的，其中包括了一个激光介质，如钕玻璃或掺铒光纤等。
当光线从光纤中传播时，它会与激光介质相互作用，从而导致激光放大和产生。
这种相互作用是通过受激辐射的过程实现的，即将激光介质放在一个光学谐振腔中，并通过一个激光器激发器激发激光介质。
当激光器激发器激发激光介质时，它会在光纤中放出一束光，这束光与激光介质相互作用，从而产生更多的光子。
这些光子会沿着光纤继续传播，直到它们被放大到足够的程度，以产生一个激光束。
光纤激光器的工作原理与其他激光器类型有很大不同，其中最大的区别是它使用光纤来传送激光能量。
这种设计有许多好处，其中包括光纤的灵活性和可靠性。
光纤不仅可以弯曲和扭曲，还可以在不同的环境中工作，而不会受到外部干扰的影响。
光纤激光器还具有高效的能源利用，因为光纤可以将激光能量直接传输到需要处理的区域，而不需要经过中间的传输系统或其他设备。
这使得光纤激光器非常适合需要高能量密度和高精度的应用，如切割、焊接和打孔等。
光纤激光器的工作原理基于光纤和激光介质之间的相互作用，通过激光放大和产生来产生激光束。
光纤激光器的设计具有灵活性、可靠性和高效能源利用的优点，因此广泛应用于许多行业和领域。
光纤激光器的原理及应用
光纤激光器的原理及应用前言光纤激光器是一种利用光纤作为介质传输激光能量的器件，具有高效率、高可靠性和方便布线的特点。
本文将介绍光纤激光器的工作原理以及其在各个领域的应用。
工作原理光纤激光器是通过一系列的光学元件将光线限制在光纤内部，并利用光纤中的光耦合技术将激光能量传输到目标位置的设备。
下面将详细介绍光纤激光器的工作原理。
1.激光器结构光纤激光器一般由泵浦源、光纤增益介质、谐振腔和输出光纤组成。
泵浦源提供能量供给，激发光纤增益介质中的活性离子跃迁发射出光子。
谐振腔用于产生激光的振荡和放大。
2.光纤增益介质光纤增益介质一般采用掺杂了活性离子的光纤，并且活性离子的浓度要足够高以保证放大效果。
常用的增益介质有掺铒光纤、掺镱光纤、掺铥光纤等。
3.泵浦源泵浦源一般采用激光二极管或固体激光器，通过泵浦能量将活性离子兴奋到激发态。
4.谐振腔谐振腔是光纤激光器中光的振荡和放大的地方。
谐振腔通常由两面具有高反射率的光纤光栅组成，形成一个光学腔，使激光在腔内进行反复反射，增强激光的能量。
5.输出光纤输出光纤负责将激光能量从激光器传输到目标位置。
输出光纤一般具有高纯度、低损耗和稳定的特点。
应用领域光纤激光器具有广泛的应用领域，下面将分别介绍光纤激光器在工业、医疗和通信领域的应用。
工业应用•材料加工：光纤激光器可以用于金属切割、焊接、打孔等材料加工工序，具有精确性高、速度快、不产生物理接触等优点。
•雷达测距：光纤激光器可以应用于测距仪器，利用激光器发射一束光线，通过测量光的反射时间来计算距离。
•光纤通信：光纤激光器可在光纤通信中作为信号的光源和放大器，具有高效率、高信号质量和大带宽等特点。
医疗应用•激光手术：光纤激光器可用于激光手术，如激光手术切割、焊接和去除异物等，具有创伤小、出血少、精确性高等优点。
•激光治疗：光纤激光器可用于激光治疗，如激光照射疗法、激光物理疗法和激光穿透疗法等，可以用于肌肤美容、康复和疾病治疗等。
高功率连续光纤激光器用途
高功率连续光纤激光器用途高功率连续光纤激光器是一种能够输出高功率连续激光束的光学设备。
它利用了光纤的优异特性，如高效率、高光束质量和长寿命等，成为各种应用领域中不可或缺的重要工具。
以下是高功率连续光纤激光器的一些主要用途。
1. 材料加工：高功率连续光纤激光器在材料加工方面具有广泛的应用。
例如，在金属切割和焊接领域，激光器的高功率和高能量密度使其能够轻松地处理各种金属材料，如钢、铝和铜等。
此外，激光器还可以用于刻蚀、打标和钻孔等细微的材料修饰任务。
2. 激光医疗：高功率连续光纤激光器在激光医疗领域中也有广泛的应用。
激光器的高功率和可调谐的波长使其成为眼科手术、皮肤修复和毛发去除等多种医疗程序的理想选择。
此外，激光器还可以用于癌症治疗、疤痕修复和血管疾病等其他医疗应用。
3. 科学研究：高功率连续光纤激光器也是科学研究中不可或缺的工具之一。
例如，在物理学和化学领域，激光器可以用来进行光谱分析、光散射和拉曼光谱等实验研究。
此外，激光器还可以用于光学显微镜、干涉测量和光学相干断层扫描等高分辨率成像技术。
4. 通信：高功率连续光纤激光器在通信领域中也有重要的应用。
激光器的高功率输出和大带宽使其成为高速光纤通信系统的关键部件。
激光器可以用于光纤放大器、光纤光栅和光纤耦合器等设备，用于增强、调制和传输光信号。
5. 军事应用：高功率连续光纤激光器在军事应用领域中有着广泛的需求。
例如，激光器可以用于目标照明、精确定位和激光导引等任务。
此外，激光器还可以用于激光雷达、光电子战和远程探测等系统。
6. 光通信：高功率连续光纤激光器在光通信领域也有着重要的作用。
激光器的高功率输出和高光束质量使其成为光纤通信系统中的关键光源。
激光器可以用于长距离、高速的光纤通信系统，提供稳定、高效的光信号传输。
7. 光学测量：高功率连续光纤激光器在光学测量方面也有广泛的应用。
例如，在激光雷达和光学测距仪中，激光器的高功率和短脉冲宽度使其成为精确测量目标距离和速度的理想选择。
光纤激光器的原理和应用
光纤激光器的原理和应用光纤激光器是一种以光纤为介质的激光器，其主要原理是利用激光二极管或其他激励源，通过特定的激光工作介质，通过非线性光学效应来产生激光。
光纤激光器的原理和应用广泛，是现代科学技术领域的重要组成部分。
本文将着重探讨光纤激光器的原理和应用。
一、光纤激光器的原理光纤激光器的工作原理基于光纤内部的非线性光学效应。
光纤内部由纯净的石英或玻璃制成，具有高折射率和低损耗的特点。
通过在光纤内部放置激光介质，可以在光纤内部产生激光。
具体而言，光纤激光器主要包括光纤、激光介质、泵浦光源、激光反馈回路、输出光束及功率控制电路等几大部分。
泵浦光源通过激发激光介质的原子或分子转化，激发出粒子之间的能级跃迁，从而实现激光器的起振。
光波被泵浦到光纤内部，通过高折射率的光纤材料逐渐聚焦在光纤核心。
激光介质将泵浦光转化为激发能量，通过非线性光学效应形成激光。
激光反馈回路将激光反馈到泵浦光源中，通过反馈系统反复得到增加，从而提高激光器的输出功率。
输出光束则是将激光发送到需要的地方，功率控制电路则负责控制整个激光器的功率和稳定性。
二、光纤激光器的应用光纤激光器在现代科学技术领域有着广泛的应用，我们仅列举一些比较典型的应用场景：1. 通信领域随着数字化和互联网的发展，通信成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
而光纤激光器亦得到了广泛的应用。
光纤激光器的小型化、高可靠性、稳定性以及在通信网络中的低损耗等优点使其成为现代通信传输的主要方式。
2. 材料加工领域光纤激光器可以提供高能量、高亮度和小点位等优质的激光，广泛应用于各种科学和工程领域中。
特别是在材料加工领域，在金属、非金属等材料的切割、焊接、微机械加工等方面具有独特的优势。
光纤激光器在钢管开槽、卷板整平，以及铝、钛、不锈钢等金属加工方面的应用越来越广泛。
3. 医疗领域光纤激光器可以通过光纤导引可见光线照射到身体内部，特别是在泌尿系、胃肠道、喉部等狭窄部位的检查和治疗方面拥有独特优势。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
近几年，光纤激光器因其具有优异的光束质量、非常高的功率和功率密度、易于冷却、高的稳定性和可靠性等多方面的优点引起了研究人员和应用者日益浓厚的兴趣，已经在和将在通信、医疗、军事等领域大展身手，并在多种应用场合取代目前常用的气体和固体激光器。光纤激光产品的出现以及性能的不断改善, 必将加快激光在各种领域的应用，从而提高工业生产水平和人们的生活质量。
激光器的应用——光纤激光器
———————————————————————————————— 作者:
———————————————————————————————— 日期：
光
电
子
论
文
*******＊******学院
**********＊＊*专业
＊******班
＊＊号
＊*＊***
激光器的应用——光纤激光器
光纤激光器种类繁多，按照不同的标准可以分成若干种类。按输出光波组成分类:单波长光纤激光器和多波长光纤激光器；按输出光波模式分类:单模光纤激光器和多模光纤激光器；按输出光波波段分类:S－波段(1280~１３50nｍ）、Ｃ波段(15２8～1５65ｎm）和L-波段(１５６1~1６２0nm);按光纤街面结构分类：单包层、多包层和光子晶体光纤激光器；按谐振腔结构分类：F-P腔、WDM谐振腔、光纤光栅谐振腔等；按工作机制分类：上转换光纤激光器和下转换光纤激光器；按工作方式分类:脉冲激光器和连续激光器;按增益介质分类：稀土类掺杂光纤激光器、非线性效应光纤激光器、单晶体光纤激光器和塑料光纤激光器。
在光纤纤芯中掺入稀土离子，泵浦光通过光纤时,纤芯中的稀土离子吸收泵浦光,跃迁到激光上能级,产生粒子数反转。反转后的粒子在 自发辐射光子或者特别注入的光子诱导下以受激辐射跃迁到激光下能级,同时发射出与诱导光子相同的光子,这样的过程雪崩般发生,于是发射出激光。这就是光纤激光器的基本原理。选择在中掺稀土离子构成光纤激光器,部分原因就是稀土离子的吸收范围正好与半导体激光器的辐射围重合,因而能方便地采用成本低廉的、工艺成熟的半导体激光器作为泵浦光源。
为了提高功率,１988年左右有人提出光泵由包层进入。初期的设计是圆形的内包层，但由于圆形内包层完美的对称性,使得泵浦吸收效率不高，直到九十年代初矩形内包层的出现,使激光转换效率提高到50％，输出功率达到5瓦。199９年用四个４5瓦的半导体激光器从两端泵浦,获得了１10瓦的单模连续激光输出。近两年,随着高功率半导体激光器泵浦技术和双包层光纤制作工艺的发展，光纤激光器的输出功率逐步提高，目前采用单根光纤,已经实现100０瓦的激光输出。
近期，随着光纤通讯系统的广泛应用和发展，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。其中,以光纤作基质的光纤激光器，在降低阈值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面，已明显取得进步,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。目前光纤激光器技术是研究的热点技术之一。
光纤激光器由于其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,对传统的激光行业产生巨大而积极的影响。最新市场调查显示：光纤激光器供应商将争夺固体激光器及其他激光器在若干关键应用领域的市场份额，而这些市场份额在未来几年将稳步看涨。到２0１0年,光纤激光器将至少占领工业激光器28亿美元市场份额的四分之一。光纤激光器的销售量将以年增幅愈35%的速度攀升，从2０05年的1.4亿美元增至2010年的６．8亿美元。而同期,工业激光器市场每年增幅仅９%,2０1０年达到28亿美元。
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； (9）不需热电制冷和水冷,只需简单的风冷； (10)高的电光效率:综合电光效率高达20％以上，大幅度节约工作时的耗电,节约运行成本; (１1）高功率,目前商用化的光纤激光器是六千瓦。
光纤激光器的基本结构 由增益介质,谐振腔与泵浦源组成。增益介质为掺有稀土离子的光纤芯,掺杂光纤放置在两个反射率经过选择的腔镜之间，泵浦光从光纤激光器的左边腔镜耦合进入光纤，经准直光学系统和滤波到输出激光。从理论上来说，只有泵浦源和增益较多光纤Байду номын сангаас构成光纤激光器的必须组件,而谐振腔并非必不可缺的组件。谐振腔的选模和增加增益介质长度的作用在光纤激光器中是可以不用的, 因长光纤本身可以非常长,从而获得很高的单程增益 ，而光纤的波导效应又可以起到选模的作用。但实际应用中人们一般希望使用较短光纤,所以多数情况下采用谐振腔,以引入反馈。