认识光纤激光器31页PPT
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《光纤激光器》课件
光纤激光器市场规模持续增长 应用领域不断扩展，如医疗、通信、军事等 技术不断进步，如高功率、高亮度、高稳定性等 市场竞争加剧，国内外企业竞争激烈
工业制造：广泛应用于切割、焊接、打标等领域 医疗领域：用于手术、诊断、治疗等 科研领域：用于科学研究、实验等 通信领域：用于光纤通信、光传输等 军事领域：用于激光武器、激光制导等 环保领域：用于污染治理、资源回收等
频率调制是指通过改变激光 器的频率来改变其输出功率
光纤激光器的调制特性包括频 率调制、相位调制和强度调制
相位调制是指通过改变激光 器的相位来改变其输出功率
强度调制是指通过改变激光 器的强度来改变其输出功率
光纤激光器具有较高的抗电磁 干扰能力
光纤激光器对环境温度和湿度 的变化不敏感
光纤激光器可以工作在恶劣的 环境中，如高温、高压、高湿 度等
特点：高效、稳定、长寿命
作用：产生激光
组成：由两个反射 镜和一个增益介质 组成
工作原理：通过反 射镜的反射和增益 介质的放大，形成 稳定的激光输出
特点：具有高稳定 性和高效率
光纤：传输激光信号 激光器：产生激光信号
光束整形器：调整激光束的形状和方向
光束传输系统：将激光信号传输到目标 位置
控制系统：控制激光器的输出功率和频 率
激光制导武器：利 用光纤激光器进行 精确制导，提高打 击精度
激光通信：利用光 纤激光器进行远距 离、高速率的通信 传输
激光雷达：利用光 纤激光器进行目标 探测和跟踪，提高 探测精度和距离
激光武器：利用光 纤激光器进行高能 激光武器研发，提 高武器威力和射程
激光手术：用于眼 科、皮肤科、耳鼻 喉科等手术
PART THREE
材料：稀土离子掺杂光纤
激光器认知PPT课件
主材料：晶体或玻璃
晶体：1)金属氧化物 Al2O3，氧化钇Y2O3，钇铝石榴石Y3Al5O12 （YAG）。2)铝酸盐、磷酸盐、硅酸盐等晶体：铝酸钇YALO3(YAP)、氟磷酸 钙Ca(PO4)3F等。3) 氟化物晶体：氟化钙CaF2、氟化钡BaF
玻璃：硅酸盐、硼酸盐、磷酸盐玻璃
（有高的机械强度、高的导热特性）
Er3+-YAG激光器的泵浦效率较低
激光波长2.94um为人体组织的吸收波长， 在激光外科及血管外科上有较大应用前景，
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3、钕玻璃激光器
钕玻璃是把Nd2O3掺入到光学玻璃中（硅酸盐、磷酸盐等）制成的。 Nd2O3的参入浓度为1-5%(重量) 钕玻璃的吸收光谱与YAG相似，但吸收带较宽
图5.6
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Nd-YAG激光器的特性
1. 连续或脉冲工作方式 2. 脉冲频率：10-100Hz 3. 连续功率输出：10-100w 4. 脉冲输出功率：50mJ—10J 5. 波长: 1.06um，采用非线性晶体倍频，可实现
二倍频：532nm 三倍频：355nm 四倍频：266nm
激光材料：Al2O3 +0.01%…0.5% Cr3+
2E能级分解成二个能级：2A、E，△E=29cm-1 辐射波长：694.3nm和692.9nm
2A和E能级上的粒子数由波尔兹曼分布确定
三能级系统
N2 (2 A) / N2 (E ) 0.87
激光振荡时只有694.3nm的激光输出
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870nm，带宽约30nm 其中750nm、805nm吸收最强
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图5.5
四能级系统
光纤激光器.ppt
这种“任意形状”的光纤激光器有望实现更高的激 光功率输出。
3.光纤激光器的泵浦结构
4.光纤激光器和其它激光器比较
和二氧化碳激光器比较 • 有更高峰值功率的脉冲激光，可以加工的材料种类更多； • 使用方便，采用光纤传输可以有更大的扫描范围； • 能量转换效率高，光纤激光器的电光转换效率为25％，而二氧化碳
光纤激光器
• 光纤激光器的发展历程 • 光纤激光器的基本原理 • 光纤激光器与其它激光器比较 • 几种实用的光纤激光器及其应用
1.光纤激光器的发展历程
2.光纤激光器的基本原理
• 工作物质：掺杂光纤； • 谐振腔：光纤环与两个反射镜组成； • 泵浦源：一般采用半导体激光器泵浦。
2.1 双包层稀土掺杂光纤
• redPOWERTM 紧凑激 光模块 (2W-10W)
• 最大输出可达10W， 波长1μm
5.2 大功率双掺杂光纤激光器 2
• IPG公司的大功率光纤 激光器YLR-SM Series
• 100W to 1.5kW output Optical Power
• 1060 to 1080nm Wavelength Range
5.8 高速短脉冲光纤激光器
美国Calmar公司10G皮 秒光纤激光器 PSL-10XX
• 波 长 范 围 ： 1530-1565 nm可调或范围内固定
• 重复频率：5-11G可调或 10G固定，脉宽：1-10ps 可调或范围内固定，平 均输出功率：>20mW
• 高速短脉冲光源对于光 时分复用系统，光学取 样技术等有重要的意义，
DBR型窄线宽光纤激光器
5.6 窄线宽光纤激光器 1
• NP Photonics 公司的窄 线宽光纤激光器
• Very narrow linewidth (long coherent length) <3 kHz
3.光纤激光器的泵浦结构
4.光纤激光器和其它激光器比较
和二氧化碳激光器比较 • 有更高峰值功率的脉冲激光，可以加工的材料种类更多； • 使用方便，采用光纤传输可以有更大的扫描范围； • 能量转换效率高，光纤激光器的电光转换效率为25％，而二氧化碳
光纤激光器
• 光纤激光器的发展历程 • 光纤激光器的基本原理 • 光纤激光器与其它激光器比较 • 几种实用的光纤激光器及其应用
1.光纤激光器的发展历程
2.光纤激光器的基本原理
• 工作物质：掺杂光纤； • 谐振腔：光纤环与两个反射镜组成； • 泵浦源：一般采用半导体激光器泵浦。
2.1 双包层稀土掺杂光纤
• redPOWERTM 紧凑激 光模块 (2W-10W)
• 最大输出可达10W， 波长1μm
5.2 大功率双掺杂光纤激光器 2
• IPG公司的大功率光纤 激光器YLR-SM Series
• 100W to 1.5kW output Optical Power
• 1060 to 1080nm Wavelength Range
5.8 高速短脉冲光纤激光器
美国Calmar公司10G皮 秒光纤激光器 PSL-10XX
• 波 长 范 围 ： 1530-1565 nm可调或范围内固定
• 重复频率：5-11G可调或 10G固定，脉宽：1-10ps 可调或范围内固定，平 均输出功率：>20mW
• 高速短脉冲光源对于光 时分复用系统，光学取 样技术等有重要的意义，
DBR型窄线宽光纤激光器
5.6 窄线宽光纤激光器 1
• NP Photonics 公司的窄 线宽光纤激光器
• Very narrow linewidth (long coherent length) <3 kHz
激光器介绍PPT课件
S
iT
AmpA. /V
Sig. Lock-in Amp. Ref.
D Vds
检测 信号
场
太
效
➢ I-V
赫
应
基
➢ 电导
本 特
➢ 跨导
性
测
试
兹 检 测 特 性 测 试
➢ ITHz-Vg ➢ 响应度 ➢ 等效噪声功率 ➢ 响应频谱 ➢ 响应速度 ➢ 偏振特性
第8页/共74页
测试及优化_无特意设计天线结
构
circuits integrated)
5.3 mA/W or 150 V/W @ 650 GHz
NEP ~ 0.5 nW/Hz0.5
Self-mixing
Panasonic Corp. （ Tohoku University,
Japan (2010)）
68th Device Research Conference
2nd step: :三极子蝶形共振天线器件对比
Photocurrent (nA) Photocurrent (nA)
三极子蝶形共电振学天特线性 +纳米栅
三极子蝶形共光振学天特线性+纳米栅+滤波器
1.8
s1o.6urce
drain
1.8
so1u.6rce
drain
1.4
1.4
1.2
Ohmic
1.0
dG/dV (a.u.) g
0.6
1.2
0.5
G (300 K)
0.4
G (77 K) 0.8
dG/dV (300 K)
0.3
g
dG/dV (77 K)
g
0.2
光纤激光器ppt
Resonant Fiber Laser光纤激光器BY 12046210目录概述原理特性光纤激光器优势光纤激光器关键技术总结光纤激光器概述自从光纤激光器问世后，高功率光纤激光器成为激光领域最为活跃的研究方向之一。
随着新型泵浦技术的采用和大功率半导体激光器制造工业的进一步发展成熟，光纤激光器得到了飞速发展。
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，作为其他激光器的泵浦源等等。
从原理上来讲光纤激光器和传统的固体、气体激光器一样，光纤激光器也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本要素组成。
泵浦源一般采用高功率半导体激光器，增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔。
泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发发射。
所产生的自发发射光经受激放大和谐振腔的选模作用后，最终形成稳定激光输出。
以稀土掺杂光纤激光器为例，掺有稀土离子的光纤芯作为增益介质，掺杂光纤固定在两个反射镜间构成谐振腔，泵浦光从M1入射到光纤中，从M2输出激光。
当泵浦光通过光纤时，光纤中的稀土离子吸收泵浦光，其电子被激励到较高的激发能级上，实现了离子数反转。
反转后的粒子以辐射形成从高能级转移到基态，输出激光。
光纤激光器作为第三代激光技术的代表，具备很多优势（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。
认识光纤激光器
04
光纤激光器优缺点及挑战
优点分析
高效率
01
光纤激光器具有高效率的能量转换，能够将大 部分输入电能转换为激光输出，降低了能源浪
费。
结构紧凑
03
光纤激光器采用光纤作为增益介质，使得整个 激光器的结构非常紧凑，方便集成和应用于各
种场合。
光束质量好
02
输出激光光束质量高，具有较小的发散角和较 高的亮度，使得光纤激光器在精密加工和远距
1 2
3
泵浦源类型
主要包括半导体激光器和光纤耦合激光器等，不同类型的泵 浦源具有不同的输出特性和适用范围。
泵浦方式
分为端面泵浦和侧面泵浦两种方式，端面泵浦效率高、光束 质量好，但热效应显著；侧面泵浦散热效果好、功率可扩展 ，但光束质量相对较差。
泵浦波长
泵浦源的波长需要与增益光纤的吸收峰相匹配，以实现高效 的能量转换。
$number {01} 汇报人：XX
认识光纤激光器
目录
• 光纤激光器基本概念与原理 • 光纤激光器关键技术与参数 • 光纤激光器应用领域与市场现状 • 光纤激光器优缺点及挑战 • 光纤激光器未来发展趋势与前景
01
光纤激光器基本概念与原理
光纤激光器定义及发展历程
光纤激光器定义
光纤激光器是一种利用掺杂稀土元素的光纤作为增益介质， 通过泵浦光的作用实现粒子数反转，进而产生激光输出的光 学器件。
表面处理
光纤激光器可用于金属、 非金属材料的表面处理， 如打标、雕刻、清洗等。
通讯传输领域应用
光纤通信
光纤激光器是光纤通信系统中的 关键器件，用于产生和放大光信 号，实现长距离、大容量的信息 传输。
激光雷达
光纤激光器可用于激光雷达的发 射光源，实现高精度、远距离的 测量和探测。
光纤激光器 PPT课件
7
7.3 激光打孔
二、激光打孔工艺参数的影响
※ 激光打孔中离焦量对打孔的影响 当激光聚焦于材料上表面时，打出的孔比较深，锥度较小。在焦点处于表面下某一 位置时相同条件下打出的孔最深；而过分的入焦和离焦都会使得激光功率密度大大 降低，以至打成盲孔（图7-15）。
图7-15 离焦量对打孔质量的影响
8
7.3 激光打孔
图9-6 受激拉曼散射光纤激光器示意图
14
9.1.2 光纤激光器
2.光纤激光器的分类及应用 (3)光纤光栅激光器 DBR光纤激光器基本结构如图9-7所示，利用一段稀土掺杂光纤和一对相同谐振 波长的光纤光栅构成谐振腔，它能实现单纵模工作。
图9-7 DBR光纤光栅激光器基本结构示意图
DFB光纤光栅激光器基本结构如图9-8所示，在稀土掺杂光纤上直接写入的光栅 构成谐振腔，其有源区和反馈区同为一体。
10
7.4 激光切割
二、激光切割分类及其机理
※ 汽化切割:工件在激光作用下快速加热至沸点，部分材料化作蒸汽逸去，部分 材料为喷出物从切割缝底部吹走。这种切割机制所需激光功率密度一般为108Ｗ /cm2左右，是无熔化材料的切割方式 ※ 熔化切割: 激光将工件加热至熔化状态，与光束同轴的氩、氦、氮等辅助气流 将熔化材料从切缝中吹掉。熔化切割所需的激光功率密度一般为107Ｗ/cm2左右
※ 氧助熔化切割: 金属被激光迅速加热至燃点以上，与氧发生剧烈的氧化反应 （即燃烧），放出大量的热，又加热下一层金属，金属被继续氧化，并借助气体 压力将氧化物从切缝中吹掉。
三、激光切割的工艺参数及其规律
※ 激光功率: 激光切割时所需功率的大小，是由材料性质和切割机理决定的。 ※ 切割速度: 在一定功率条件下，板厚越大，切割速度越小。切割速度对切口表 面粗糙度也有较大影响。
7.3 激光打孔
二、激光打孔工艺参数的影响
※ 激光打孔中离焦量对打孔的影响 当激光聚焦于材料上表面时，打出的孔比较深，锥度较小。在焦点处于表面下某一 位置时相同条件下打出的孔最深；而过分的入焦和离焦都会使得激光功率密度大大 降低，以至打成盲孔（图7-15）。
图7-15 离焦量对打孔质量的影响
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7.3 激光打孔
图9-6 受激拉曼散射光纤激光器示意图
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9.1.2 光纤激光器
2.光纤激光器的分类及应用 (3)光纤光栅激光器 DBR光纤激光器基本结构如图9-7所示，利用一段稀土掺杂光纤和一对相同谐振 波长的光纤光栅构成谐振腔，它能实现单纵模工作。
图9-7 DBR光纤光栅激光器基本结构示意图
DFB光纤光栅激光器基本结构如图9-8所示，在稀土掺杂光纤上直接写入的光栅 构成谐振腔，其有源区和反馈区同为一体。
10
7.4 激光切割
二、激光切割分类及其机理
※ 汽化切割:工件在激光作用下快速加热至沸点，部分材料化作蒸汽逸去，部分 材料为喷出物从切割缝底部吹走。这种切割机制所需激光功率密度一般为108Ｗ /cm2左右，是无熔化材料的切割方式 ※ 熔化切割: 激光将工件加热至熔化状态，与光束同轴的氩、氦、氮等辅助气流 将熔化材料从切缝中吹掉。熔化切割所需的激光功率密度一般为107Ｗ/cm2左右
※ 氧助熔化切割: 金属被激光迅速加热至燃点以上，与氧发生剧烈的氧化反应 （即燃烧），放出大量的热，又加热下一层金属，金属被继续氧化，并借助气体 压力将氧化物从切缝中吹掉。
三、激光切割的工艺参数及其规律
※ 激光功率: 激光切割时所需功率的大小，是由材料性质和切割机理决定的。 ※ 切割速度: 在一定功率条件下，板厚越大，切割速度越小。切割速度对切口表 面粗糙度也有较大影响。
第六章第七节光纤激光器
output
FBG IMG
图 3.5
性能指标： 输出功率：>1mW 功率稳定性优于3％ >18dB 输出线宽：<0.01nm 波长稳定性：1.610-5 偏振性能：消光比 斜率效率：>10%
2、 多波长Er3＋光纤光栅激光器
光纤光栅提供反馈和波长选择的多波长光纤光栅激光器； 滤波机制的多波长光纤光栅激光器； 锁模机制的多波长光纤光栅激光器； 非线性效应的多波长光纤光栅激光器。
● ●
南开大学对高功率光纤激光器进行了研究。
激光器的结构：如图3-14 所示。
350m
Coupler
LDs
D-shaped double clad fiber Dichroic mirror (HT(976nm)，HR(1064nm))
400m
Output
图3.14 实验装置示意图 光纤：选用了内包层形状为D形的掺Yb3+双包层 光纤，几何尺寸为400µ m×340µ m，数值孔径 0.38。掺杂浓度0.65mol%（Yb2O3）。光纤长度 20米。
美 国 朗 讯 公 司 S.Kosinki 和 D.Inniss 在 ‘ 98 CLEO会议上报导，用一种内包层为星形的双 包层单模Yb3+光纤激光器得到20W的激光输出 加州圣何塞光谱二极管实验室工程师 V.Dominic等人在‘99年CLEO会议上报道在一 个掺Yb3+的双包层光纤激光器上，实现了连续 输出功率大于110W的单模输出。其光——光 转换效率为58.3%。实验装置如图所示：
三、双包层光纤的研究进展 俄罗斯普物所研制的内包层为方形的掺Yb双包层
光纤。
美国宝丽来公司研制的内包层为矩形的掺Yb双包 层光纤。 美国朗讯公司研制的内包层为星形的掺Yb双包层 光纤。 德国研制的内包层为D形的掺Yb和Nd双包层光纤， 中国武汉邮电科学研究院研制了掺Yb双包层光纤。 中国天津46所和南开大学合作研制成功掺Yb双包层 光纤。