光纤激光器的基本结构
2.1.5 激光器的基本结构
最亮的光
5这些光子从
镜面反射回来， 使它们可以激 发其他原子放 出光子。
最亮的光
6一些光子
激光
从部分透射 镜面逸出， 在腔外形成 一束相干光。
最亮的光
受激 辐射
的光子。
受激 原子
最亮的光
3
自发辐射出 的光子可以轰击 受激原子，激发 该原子放出一个 全同的光子。
受激 原子
最亮的光
4自这些光子
又可以进一步从 其他受激原子激 发辐射。当原子 回到原来状态时， 每一个原子都贡 献出一个全同的 光子。
激光器的基本结构
使入射光得到 放大，是核心 泵浦源
光抽运
供给工作 物质能量
工作介质
激光束
只让与反射镜轴向平行的 光束能在激活介质中来回 地反射，连锁式地放大。 最后形成稳定的激光输出。
最亮的光
原子
1
镜面90％
原子在一个 两端有镜面的腔 体中。原子被注 入的能量充能。
镜面100％ 注入的能量
最亮的光
1充能后处于
镜面100％ 镜面90％
激发态的原子。
最亮的光
受激 原子
光子
自发 辐射
2注入的能量
激发原子，使它 们处在高能态。 一些原子会自发 地放出一个光子 从而回到原来的 非激发态。
4
最亮的光
2注入的能量
受激 原子
激发原子，使它 们处在高能态。 一些原子会自发 地放出一个光子 从而回到原来的 非激发态。
激光器的基本结构
激光器的基本结构
1、激光工作介质
激光的产生必须选择合适的工作介质，可以是常体、液体、固体或半导体。
在这种介质中可以实现粒子数反转，以制造获得激光的必要条件。
显然亚稳态能级的存在，对实现粒子数反转世非常有利的。
现有工作介质近千种，可产生的激光波长包括从真空紫外道远红外，非常广泛。
作为激光器的核心，是由激活粒子（都为金属）和基质两部分组成，激活粒子的能级结构决定了激光的光谱特性和荧光寿命等激光特性，基质主要决定了工作物质的理化性质。
根据激活粒子的能级结构形式，可分为三能级系统（例如红宝石激光器）与四能级系统（例如Er：YAG激光器）。
工作物质的形状目前常用的主要有四种：圆柱形（目前使用最多）、平板形、圆盘形及管状。
2、激励源
为了使工作介质中出现粒子数反转，必须用一定的方法去激励原子体系，使处于上能级的粒子数增加。
一般可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子，称为电激励；也可用脉冲光源来照射工作介质，称为光激励；还有热激励、化学激励等。
各种激励方式被形象化地称为泵浦。
光纤激光器的基本结构
光纤激光器的基本结构光纤激光器是一种利用光纤作为激光介质的激光器。
它具有高效率、高稳定性、小体积等优点，被广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。
其基本结构包括泵浦源、光纤增益介质、反射镜和输出窗口。
1. 泵浦源泵浦源是光纤激光器中最重要的组成部分之一，其作用是提供能量给增益介质，使其产生受激辐射。
常用的泵浦源有半导体激光器和二极管激光器两种。
半导体激光器是一种将电能转化为光能的器件，其工作原理是利用半导体材料中的电子与空穴复合时释放出能量的过程来产生激光。
半导体激光器具有小体积、高效率等特点，但其输出功率有限。
二极管激光器也是一种将电能转化为光能的器件，与半导体激光器相比，二极管激光器具有更高的输出功率和更广阔的工作范围。
因此，二极管激光器是目前光纤激光器中常用的泵浦源。
2. 光纤增益介质光纤增益介质是光纤激光器中产生受激辐射的关键部分。
常用的增益介质有掺铒、掺镱等元素的光纤。
掺铒光纤是一种将铒元素掺杂进石英玻璃中制成的光纤，其主要特点是在1.5微米波段具有较高的增益。
掺镱光纤则是将镱元素掺杂进石英玻璃中制成的光纤，其主要特点是在1.06微米波段具有较高的增益。
3. 反射镜反射镜是将激光产生并放大后反射回来形成激射束束流线的关键部分，通常由高反膜和低反膜组成。
高反膜可以使得大部分激发后发出来的能量被反射回去，而低反膜可以使得少量能量通过，从而形成激射束束流线。
4. 输出窗口输出窗口是将激射束束流线从光纤内部输出的关键部分，通常由透明的玻璃或石英制成。
输出窗口可以使得激射束束流线从光纤内部顺利输出，并保护光纤不受外界环境的影响。
总之，光纤激光器的基本结构包括泵浦源、光纤增益介质、反射镜和输出窗口。
这些组成部分相互配合，共同完成了将泵浦能量转化为激射束束流线的过程。
随着科技的不断发展，光纤激光器在各个领域中的应用前景也越来越广阔。
光纤激光器的基本结构和工作原理
光纤激光器的基本结构和工作原理一、光纤激光器的基本结构光纤激光器是一种利用光纤作为光学谐振腔的激光器。
它由光纤、泵浦光源、谐振腔和输出耦合器件组成。
1. 光纤：光纤作为光传输的介质，具有较高的光学质量和较低的损耗。
它通常由二氧化硅或氟化物等材料制成。
2. 泵浦光源：泵浦光源是提供激发能量的装置，常见的泵浦光源有半导体激光器、氘灯等。
泵浦光源通过能级跃迁将电能转化为光能，将光纤中的掺杂物激发至激发态。
3. 谐振腔：谐振腔是产生激光放大的空间，由两个反射镜构成，其中一个是部分透射的输出耦合镜。
谐振腔中的光纤被反射镜反射多次，形成光学谐振，增强光的幅度。
4. 输出耦合器件：输出耦合器件是将放大的激光从谐振腔中输出的装置，常见的输出耦合器件有反射镜、光栅等。
它通过调节输出耦合器件的透射率，实现激光的输出。
二、光纤激光器的工作原理光纤激光器的工作原理是基于激光的受激辐射过程。
其工作过程主要可以分为三个步骤：泵浦、光放大和激射。
1. 泵浦：泵浦光源产生的高能量光通过耦合装置输入光纤，激发光纤中的掺杂物（如铥、镱、铍等）的原子或离子跃迁到激发态，形成一个能级反转。
2. 光放大：光纤中的激发态粒子通过受激辐射过程，发射出与泵浦光源相同频率和相干相位的光子。
这些光子经过多次反射，在谐振腔中不断放大，形成光的增强。
3. 激射：当光的增益超过谐振腔的损耗时，光纤激光器开始产生激射。
激射的激光经过输出耦合器件，部分透射出光纤，形成激光输出。
光纤激光器的工作原理可以通过能级图来解释。
在泵浦过程中，泵浦光源提供的能量使得光纤中的掺杂物原子或离子跃迁到激发态。
在光放大过程中，激发态粒子通过受激辐射过程，发射出与泵浦光源相同频率和相干相位的光子。
这些光子通过多次反射，在谐振腔中不断受到增益介质的放大。
当光的增益超过谐振腔的损耗时，光纤激光器开始产生激射，形成激光输出。
光纤激光器具有很多优点，如小型化、高效率、高质量光束、稳定性好等。
光纤激光器原理与结构
与固体、气体激光器相比：能量转 换效率高、结构紧凑、可靠性高、适合 批量生产；
与半导体激光器相比：单色 性好，调制时产生的啁啾和畸变小，与 光纤耦合损耗小。
1.双包层 光纤激光器 双包层掺杂光纤的构形如下图所示
下面介绍几种不同几何结构的双包层光 纤，其结构如下图所示：
保护层 外包层 内包层 纤芯
圆形内包层双包层 光纤横剖面
D型内包层双包层 光纤横剖面
偏心型内包层 双包层光纤横剖面
保护层 外包层 内包层 纤芯
星型内包层 双包层光纤横剖面
正方形内包层 双包层光纤横剖面
长方形内包层 双包层光纤横剖面
圆形、偏心、D形、矩形内包层的双包层光纤吸收效率比较
1987年YABLONOVITCH和JOHN最早提出了光子晶体 （Photonics crystal)概念，1992年RUSELL等人得出了光子 晶体光纤（PCF）概念，在石英光纤中沿轴向均匀排列着 空气孔，从横截面上看二维的周期结构，孔的中间存在着 一个缺陷，光就被限制在这个缺陷中传播。通过控制PCF 的空气孔的排列和大小，可以实现不同的光传输出特性。
内包层 光纤芯
保护层 泵浦光 外包层
激光输出
双包层掺杂光纤由纤芯、内包层、外包层 和保护层四个层次组成。内包层的作用：一是 包绕纤芯，将激光辐射限制在纤芯内；二是将 泵浦光耦合到内包层，使之在内包层和外包层 之间来回反射，多次穿过单模纤芯被其吸收。
在双包层结构中，泵浦光的吸收率和内包 层的几何形状和纤芯在包层结构中的位置有关。 此外，泵浦光被掺杂稀土离子的吸收率正比于 内包层和外包层的面积比。
光纤激光器
光纤激光器1、激光器基本结构激光器由三部分组成：泵浦源、增益介质、谐振腔。
图1 激光器基本结构示意图1.1 原子能级间受激吸收与受激辐射E 1E 2E 1E 2受激吸收E=E 1-E 2E1E 1E 2E 2E=E 1-E 2受激辐射E=E 1-E 2E=E 1-E 2图2 受激吸收与受激辐射示意图受激吸收为在能量为E 入射光子的作用下，处在低能级E 1的粒子吸收能量E 跃迁到高能级E 2的过程。
受激辐射为在入射的能量为E 的光子的作用下，处在高能级E 2的粒子受激发，跃迁到低能级E 1，同时辐射出与入射光子E 状态相同的光子的过程。
1.2 激光产生过程如图1，激光器由泵浦源、增益介质、谐振腔组成。
增益介质为主要产生激光的工作物质。
由于粒子处在低能级比处在高能级稳定，因此通常情况下，物质粒子按照玻尔兹曼分布规律分布，即高能级粒子比低能级粒子少。
泵浦源为增益介质提供能量，使增益介质中的低能级粒子吸收能量，受激吸收，向高能级跃迁，使高能级处粒子数高于低能级粒子数，这种分布规律称为粒子数反转分布，使增益介质中积累了大量能量。
当有高能级粒子向低能级自发跃迁并释放出光子时，大量高能级粒子在初始光子作用下受激辐射，释放出大量状态相同，即波长相同、能量相同、方向相同、偏振态的光子。
这种在泵浦源与增益介质共同作用下使初始光子通过受激辐射效应放大而产生的光即为激光。
对特定波长激光全反射的输入镜与对该波长激光部分反射的输出镜构成光学谐振腔。
谐振腔主要有两方面作用：一是提供轴向光波的光学正反馈；二是控制激光震荡模式特性。
由于输出镜具有部分反射率，它可以使通过增益介质放大的光一部分通过透镜射出腔外，获得我们需要的特定波长的激光，另一部分反射回谐振腔，再由于输入镜对激光具有全反率，从而使轴向光波在谐振腔中往返传播，多次通过激活介质，在腔内形成稳定的自激振荡。
由于谐振腔镜只对特定波长的光镀全反射膜和部分反射膜，因此只有特定波长的光能产生自激震荡。
激光器的基本组成
激光器的基本组成
嘿，你知道激光器吗？那可是个超级厉害的玩意儿！激光器一般由几个关键部分组成哦。
首先得说说工作物质，这就好比是激光器的“心脏”呀！它决定了能发出什么样的光，不同的工作物质那可就有不同的特色呢，是不是很神奇？
还有光学谐振腔，这就像是给光安了个“家”一样，能让光在里面来回跑，不断增强，就像运动员在跑道上不断训练变得更强。
激励源呢，就像是给激光器注入能量的“小天使”，没有它，激光器可就没法工作啦！它能让工作物质活跃起来，发出耀眼的光。
你想想看，如果没有工作物质，那激光器不就成了无本之木啦？没有光学谐振腔，光就没法好好地聚集和增强呀！没有激励源，一切不都白搭了嘛！这几个部分相互配合，缺一不可，简直就是一个完美的团队呀！
激光器在我们的生活中可有着广泛的应用呢！从医疗领域的精准治疗，到工业上的精细加工，再到通信领域的高速传输，它都发挥着巨大的作用。
这就像是一把神奇的钥匙，打开了无数个可能的大门。
它可以那么精准地切割材料，就像一个技艺高超的工匠；它可以在医疗中那么准确地治疗疾病，如同一位仁心仁术的医生。
反问一下，还有什么能比这更令人惊叹的呢？
所以呀，可别小看了激光器的这些基本组成部分，它们共同造就了激光器的神奇和强大。
这就是科技的魅力呀，让我们的生活变得更加丰富多彩，充满了无限的可能！。
光纤激光器原理
光纤激光器原理光纤激光器摘要光纤激光器具有寿命长模式好体积小免冷却等一系列其他激光器无法比拟的优点近年来受到了来自电子信息、工业加工和国防科技等研究开发领域的高度关注。
本文内容概述了光纤激光器的原理、特点、应用及其发展前景。
关键词:光纤光纤激光器光纤光栅 0 引言早在 1961年美国光学公司了开创性的工作。
但由于当时条件所限光纤激光器的研究逐渐停了下来而与此同时半导体激光器件得到了迅猛发展。
八十年代英国 South ampton大铒光纤由于掺铒光纤激光器的激射波长恰好位于通信光纤的低损耗窗口很适合用作光纤通信的光源 1 。
光纤激光器才又成为研究的热点。
目前通信用激光器主要是半导体激光器但它存在着成本高与系统的传输光纤耦合困难等缺点。
这大大制约了光纤通信系统的进一步普及。
而光纤激光器是光纤通信系统中另一种很有前景的光源与半导体激光器相比它的优点主要体现在: 1可以是用于稀土离子吸收光谱相对应的相对廉价的短波长半导体激光二极管作为泵浦源成本较低。
2由于光纤激光器的圆柱形几何尺寸容易耦合到系积比因而散热效果较好。
4由于光纤激光器可以带宽范围内实现激光输出波长选择系统具有非常重要的意义。
5光纤激光器和光纤放大器容易且可调谐这对 DW DM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。
1 光纤激光器原理图1所示为典型光纤激光器的基本结构。
图1 光纤激光器的基本结构典型光纤激光器主要由三部分组成 :产生光子的增益介质、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激发增益介质的泵浦源。
其中增1入射到掺杂光纤芯中益介质为掺杂稀土离子的纤芯。
当泵浦光从反射镜 1 或光栅时会被所掺杂的稀土离子吸收。
吸收了光子能量的稀土离子会发生能级跃迁实现“粒子数反转”反转后的粒子经弛豫后会以辐射形式再从激发态跃迁回到基态并释放出能量从反射镜 2 或光栅 2输出。
稀土离子的吸收和荧光特性由能级结构决定。
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光纤激光器的基本结构
光纤激光器是一种基于光纤的固态激光器，具有高效、稳定、可靠等优点，被广泛应用于通信、制造业、医疗等领域。
它的基本结构包括泵浦光源、光纤放大器、光纤反射镜和激光输出光纤。
下面将详细介绍每个部分的结构和作用。
一、泵浦光源
泵浦光源是光纤激光器的核心部件，它的作用是提供能量激发光纤中的掺杂物，使其产生激光。
常用的泵浦光源有半导体泵浦二极管、光纤耦合的激光二极管等。
半导体泵浦二极管是最常用的泵浦光源，它的结构由n型和p型半导体材料组成，两端连接金属电极。
当电流流过二极管时，n型和p型半导体之间的结电场使得电子和空穴结合并释放出能量，这种能量被传递到掺杂光纤中，使其产生激光。
光纤耦合的激光二极管是一种将激光通过光纤耦合到掺光纤中的泵浦光源，它的结构由激光二极管、光纤耦合器和掺光纤组成。
二、光纤放大器
光纤放大器是光纤激光器中的另一个关键部件，它的作用是将泵浦光源产生的激光放大。
光纤放大器的结构包括掺杂光纤、泵浦光源
和光纤反射镜。
当泵浦光源激发掺杂光纤中的掺杂物时，产生的激光被反射到光纤反射镜上，不断地被反射和放大，最终形成高质量的激光输出。
三、光纤反射镜
光纤反射镜是将激光反射回掺杂光纤中的镜子，它的结构包括镜头和反射膜。
当激光经过反射膜时，一部分激光被反射回掺杂光纤中，使其不断地被反射和放大，最终形成高质量的激光输出。
四、激光输出光纤
激光输出光纤是将产生的激光传输到需要的地方的光纤，它的结构和普通光纤类似。
激光输出光纤的质量对激光器的输出功率和稳定性有很大的影响，因此要选择高质量的光纤。
总的来说，光纤激光器的基本结构包括泵浦光源、光纤放大器、光纤反射镜和激光输出光纤。
这些部件的结构和作用紧密相连，协同工作，才能产生高质量的激光输出。