光纤激光器的分类
认识光纤激光器
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 调Q光纤激光器
R=100% A O M
Pump Systerm
Output Yb-DC fiber Coupler
透镜组端面泵浦耦合
优点：构造简朴、易于实现 缺陷：耦合占用了端面，无法 同其他光纤级联，降低了灵活 性；透镜组与光纤是分立旳， 稳定性低不易集成
优点：构造简朴紧凑、实现了 激光器旳全光纤化 缺陷：尾纤与光纤尺寸不同， 熔接对准困难，附加损耗大
端面直接熔接耦合
两种措施都只有两个端面用于 泵浦，限制了最大功率。
其他腔型构造
光纤圈反射器（光纤环形镜）包 括一种定向耦合器和由该耦合器 两输出端口连接在一起形成旳一 种光纤圈。 工作原理：耦合器耦合系数为0.5， 光波从端口1进入耦合器，耦合器 将二分之一旳功率耦合到端口3， 另二分之一耦合到端口4，即在光 纤圈顺时针方向和逆时针方向传 播旳输入光各二分之一。跨过耦 合器旳光波比直通旳光波相位滞 后π/2。在端口2处旳透射功率是任 意相位φ旳顺时针场和相位为φ-π 旳逆时针场旳叠加，恰好相互抵 消，透射输出为零，全部输入光 沿端口1返回。
光
纤
芯 光
泵
纤
浦 光
保 护
芯
保
激
激 光 内输包层 出
护 层
泵 浦
外
光包
层
光 输 出
层
单包层与双包层掺杂光纤旳构造
光纤芯：由掺稀土元素旳SiO2构成，它作为激光振荡旳通道，对 有关波长为单模；
光纤激光器分类
光纤激光器分类
1. 连续波光纤激光器：发射连续的光波，主要用于科学研究、医疗器械和材料加工等领域。
2. 脉冲波光纤激光器：发射脉冲光波，主要用于雷达、制造领域、材料处理和医学设备等领域。
3. 固态激光器：采用固态材料做为激光介质，其中最常见的是钕玻璃激光器和钴蓝宝石激光器。
主要用于成像、探测、材料加工、高效率绿光激光器等领域。
4. 气体激光器：以某些气体做为激光介质的激光器，其中最常见的是CO2激光器、氦氖激光器和二氧化碳激光器。
主要用于材料处理和业务开展等领域。
第08章 光纤激光器
第8章 光纤激光器
（5） 用作增益的稀土掺杂光纤制作工艺比较成熟，
稀土离子掺杂过程简单，光纤损耗小。
（6） 光纤光栅激光器具有波导式光纤结构，可以在 光纤芯层产生较高的功率密度，光纤结构具有较高的面 积 - 体积比，因而散热效果较好。 （7） 光纤激光器和光纤放大器与现有的光纤器件是 完全相容的，故可以制作出完全由光纤器件组成的全光 纤传输系统。
进行了开创性的工作，他们在1963年和1964年分别发表了 多组分玻璃光纤中的光放大结果，提出了光纤激光器和光
纤放大器的构思。在1966年，高锟和Hockham首先讨论了
利用光纤作为通信介质的可能性，讨论了光纤通信的新观 点。在光纤激光器发展的最初阶段就考虑了用半导体光源 进行泵浦的可能性。1970年后，光纤通信经历了研究开发 阶段（1966～1976年）。
生的光子与诱发过程的光子性质完全相同。当光子在谐振腔
内所获得的增益大于其在腔内所获得的损耗时，就会产生激
光输出。理论上四能级光纤激光器的阈值低于三能级系统。
第8章 光纤激光器
图8-2-1 三能级和四能级跃迁系统能级图 (a) 三能级； (b) 四能级
第8章 光纤激光器
纵向泵浦的光纤激光器的结构如图8-2-2所示。一段掺 杂稀土金属离子的光纤被放置在两个反射率经过选择的腔镜 之间，泵浦光从左面腔镜耦合进入光纤。左面腔镜对于泵浦 光全部透射，对于激射光全反射，以便有效利用泵浦光和防
第8章 光纤激光器
非辐射跃迁将产生声子，即周围介质的量子化振动。从 上能级到下能级的辐射跃迁包括两种形式： 自发辐射和受 激辐射。在这两种形式下都有光子被发射。自发辐射过程和 无线电衰变的过程相似，即在上能级的电子数随时间成指数 减少。当原子中的电子处于激发态时总会有自发辐射产生，
光纤激光器分类
光纤激光器分类 1、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。 3、按谐振腔结构分类为 F-P 腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以 及“8”字形腔、DBR 光纤激光器、DFB 光纤激光器等。 4、按光纤结构分类为单包层光纤激光器、双包层光纤激光器、光子 晶体光纤激光器、特种光纤激光器。 5、按输出激光特性分类为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器，其中 脉冲光纤激光器根据其脉冲形成原理又可分为调 Q 光纤激光器（脉冲宽度为 ns 量级）和锁模光纤激光器（脉冲宽度为 ps 或 fs 量级）。 6、根据激光输出波长数目可分为单波长光纤激光器输出波长的可调谐特性分为可调谐单波长激光器，可调 谐多波长激光器。 8、按激光输出波长的波段分类为 S-波段（1460~1530nm）、C-波段 （1530~1565nm）、L-波段（1565~1610nm）。 9、按照是否锁模，可以分为：连续光激光器和锁模激光器。通常的 多波长激光器属于连续光激光器。 10、按照锁模器件而言，可以分为被动锁模激光器和主动锁模激光 器。 其中被动锁模激光器又有：等效/假饱和吸收体：非线性旋转锁模激 光器（8 字型，NOLM 和 NPR）真饱和吸收体：SESAM 或者纳米材料（碳 纳米管，石墨烯，拓扑绝缘体等）。
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。
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。
不同波长的光纤激光器介绍
不同波长的光纤激光器介绍光纤激光器主要由泵源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。
泵源由一个或多个大功率激光二极管构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介质的掺稀土元素光纤，泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。
现在来介绍几种波长的光纤激光器。
最长的一种2.8 μm附近(掺Ho3+，Er3+ 光纤激光器，该波段光纤激光器在生物、医疗等领域具有潜在的应用。
此外2.8 μm光纤激光器还可以用作中远红外激光器的抽运光源，利用Er3+离子的4I11/2→4I13/2和Ho3+离子的5I6→5I7跃迁发射，可获得波长位于2.8 μm附近的激光输出。
由于2.8 μm附近激光发射需要基质材料具有低声子能量和高的光学透过率，所以一般采用氟化物玻璃作为光纤基质。
其次是2.0 μm附近(掺Tm3+，Ho3+) 光纤激光器，2.0 μm激光是人眼安全的激光，在气象监测、激光测距、激光雷达、遥感等方面具有广泛应用。
此外，水分子在2.0 μm附近有强烈的中红外吸收峰，用该波段激光进行手术，有利于加快血液凝结，减小手术创伤，中红外光纤激光器在医疗和生命科学领域也具有重要的应用。
于2.0 μm附近中红外激光输出的激光激活粒子主要有Tm3+和Ho3+离子等。
利用Tm3+离子的3F4→3H6和Ho3+离子的5I7→5I8跃迁发射，可分别获得波长位于2.0 μm和2.1μm 附近的激光输出。
接着就是1.5 μm附近(掺Er3+，Er3+/Yb3+) 光纤激光器，由于激光输出波长位于石英光纤的1.5 μm光通信窗口附近，对Er3+掺杂以及Er3+/Yb3+共掺玻璃光纤的激光输出性能的深入研究，关于1.5 μm附近光纤激光器的研制已较成熟。
目前最短的就是1.0 μm附近(掺Yb3+，Nd3+) 光纤激光器，1.0 μm附近光纤激光器由于在光纤通信、激光制导、倍频激光光源、抽运光源等领域的应用而得到了广泛研究。
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。
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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。
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光纤激光器的分类
光纤激光器种类很多，根据其激射机理、器件结构和输出激光特性的不同可以有多种不同的分类方式。
根据目前光纤激光器技术的发展情况，其分类方式和相应的激光器类型主要有以下几种：
（1）按增益介质分类为：
a）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。
b）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。
c）稀土类掺杂光纤激光器。
向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活，（Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+等，基质可以是石英玻璃、氟化锆玻璃、单晶）而制成光纤激光器。
d）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。
（2）按谐振腔结构分类为F-P腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及“8”字形腔、DBR光纤激光器、DFB光纤激光器等。
（3）按光纤结构分类为单包层光纤激光器、双包层光纤激光器、光子晶体光纤激光器、特种光纤激光器。
（4）按输出激光特性分类为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器，其中脉冲光纤激光器根据其脉冲形成原理又可分为调Q光纤激光器（脉冲宽度为ns量级）和锁模光纤激光器（脉冲宽度为ps或fs量级）。
（5）根据激光输出波长数目可分为单波长光纤激光器和多波长光纤激光器。
（6）根据激光输出波长的可调谐特性分为可调谐单波长激光器，可调谐多波长激光器。
（7）按激光输出波长的波段分类为S-波段（1460~1530 nm）、C-波段（1530~1565 nm）、L-波段（1565~1610 nm）。
（8）按照是否锁模，可以分为：连续光激光器和锁模激光器。
通常的多波长激光器属于连续光激光器。
按照锁模器件而言，可以分为被动锁模激光器和主动锁模激光器。
其中被动锁模激光器又有:
等效/假饱和吸收体：非线性旋转锁模激光器（8字型，NOLM和NPR）
真饱和吸收体： SESAM或者纳米材料（碳纳米管或者石墨烯）。