激光器的应用
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用激光器是一种能够产生高度聚焦、具有高纯度、高单色性的光束的装置。
它的工作原理是通过将一些能量源输入到激光介质中，从而激发介质中的原子或分子跃迁到一个激发态，然后在受激辐射的影响下，将能量原子或分子从激发态跃迁到一个更低的能级，从而产生出高度聚焦、单色性良好的激光光束。
激光器可以应用于多个领域，下面将介绍一些典型的应用。
首先是激光器在医疗领域的应用。
激光可以用于低侵入性手术，如激光抛光、激光热凝固等，这些手术使用激光器可以减少创伤和出血，使手术更加安全和有效。
此外，激光还可以用于治疗皮肤病、眼科手术和癌症治疗等，因为激光可以精确地照射到目标组织，达到切除或破坏病变组织的目的。
其次是激光器在通信领域的应用。
激光可以用于光纤通信系统中的激光器发射端和接收端。
在激光器发射端，激光器产生的激光光束可以通过光纤传输数据，传输效率高、带宽大，可以满足高速数据传输的需求。
在激光器接收端，激光可以被光探测器接收并转换成电信号，进一步处理和传递。
激光器在光纤通信系统中发挥着非常重要的作用，是现代通信技术的关键。
另外，激光器还在制造业中有广泛的应用。
激光可以被用来切割、焊接、打孔、打标等。
比如，激光切割可以通过将高能量密度的激光束直接照射在材料上，使材料熔化、汽化，从而实现切割。
此外，激光打标可以将图案或文字刻在各种材料上，广泛应用于包装、饰品、汽车零配件等制造行业。
此外，激光器还应用于测距、测速、光谱分析等领域。
激光测距原理是通过发送激光脉冲并测量其返回时间来计算出物体与激光器的距离，被广泛应用于测绘、地质勘探、机械制造等领域。
激光测速原理是通过测量激光光束的多普勒频移来计算速度，被广泛应用于交通违章监控、车辆测速等。
激光光谱分析可以通过测量物质吸收、发射或散射激光光束的方式，获得物质的化学成分、构造和性质。
总的来说，激光器作为一种具有特殊光学特性的光源，被广泛应用于医疗、通信、制造业和科学研究等领域。
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用引言概述：激光器是一种利用激光原理产生并放大一束高度聚焦的光束的装置。
它的工作原理基于电子的激发和辐射过程。
激光器在众多领域中有着广泛的应用，包括医疗、通信、制造等。
本文将详细介绍激光器的工作原理及其在不同领域的应用。
一、激光器的工作原理1.1 激光的产生激光的产生是通过受激辐射的过程实现的。
当外界能量作用于激活物质（如激光介质）时，激活物质中的电子被激发到高能级，形成一个激发态。
当这些激发态的电子回到基态时，会释放出能量，产生光子。
这些光子经过放大和反射，最终形成一束高度聚焦的激光。
1.2 激光的放大激光的放大是通过激光介质中的光子与受激辐射的过程实现的。
在激光介质中，光子与激发态的电子发生相互作用，导致更多的电子从低能级跃迁到高能级。
这样，激发态的电子数量增加，从而产生更多的光子。
这个过程通过在激光介质中反复反射光子来实现，从而放大激光的强度。
1.3 激光的聚焦激光的聚焦是通过激光器中的光学元件实现的。
光学元件，如凸透镜或反射镜，可以改变激光光束的传播方向和聚焦程度。
通过调整这些光学元件的位置和形状，可以将激光束聚焦到非常小的尺寸，从而实现高度聚焦的激光束。
二、激光器在医疗领域的应用2.1 激光手术激光器在医疗领域中被广泛应用于各种手术操作，如激光眼科手术、激光皮肤修复等。
激光手术具有创伤小、恢复快的优势，可以精确地切割组织或疾病部位，减少手术风险。
2.2 激光治疗激光器还可以用于治疗一些疾病，如激光治疗癌症、激光治疗静脉曲张等。
激光的高能量可以破坏癌细胞或静脉曲张血管，从而达到治疗的效果。
2.3 激光诊断激光器还可以用于医学诊断，如激光扫描显微镜、激光断层扫描等。
激光的高分辨率和高灵敏度可以帮助医生观察和诊断微小的组织结构或病变。
三、激光器在通信领域的应用3.1 光纤通信激光器在光纤通信中扮演着重要的角色。
激光器产生的高度聚焦的激光束可以通过光纤传输信息，实现高速、远距离的通信。
激光器在光通信中的应用
激光器在光通信中的应用激光器是一种高能量、高光谱、高频率、高相干的光源，其在光通信中的应用也逐渐成为一个热门研究领域。
随着光通信技术的不断发展，激光器的应用范围也不断拓展，并在光通信系统中发挥着越来越重要的作用。
一、激光器在光通信中的基本原理激光器是一种典型的光波源，其产生的光波具有高相干性、高指向性、高光谱纯度和高信噪比等特点。
在光通信技术中，激光器可以作为一种高速、高质量、高效率的光源来传输信息。
激光器在光通信系统中的基本原理是通过激发介质中的电子、原子或分子，使其处于激发态并传递能量，最终形成相干、定向、单色的光波。
其中最常见的激光器是半导体激光器，其优点是结构简单、体积小、低功耗、易于集成和制造，因此被广泛应用于光通信系统中。
二、激光器在光通信中的应用1. 光纤通信光纤通信是目前最常见的光通信技术，激光器作为光源在光纤通信中具有重要的应用。
激光器可以产生高速调制的光信号，通过光纤将信号传输到接收端。
激光器的高相干性和光谱稳定性可以保证信号的质量和传输距离，并且其工作频率可以在光纤带宽范围内进行调节，满足各种通信需求。
2. 自由空间光通信自由空间光通信是一种将光信号通过自由空间传输的通信技术，其应用被广泛用于地球和卫星之间的通信等领域。
激光器是自由空间光通信的重要组成部分，通过产生高功率、定向的光束使信号在自由空间中传输，同时可以借助望远镜和光学系统实现远距离通信。
其应用范围涵盖了军事、通信、遥感、导航等多个领域。
3. 光存储和光处理激光器不仅可以作为光源传输信息，还可以用于光存储和光处理。
其将信息编码成脉冲光信号，通过快速的切换、缩短和截取等操作，将信息转换成数字信号进行存储和处理。
激光器非常适合于高速光存储和信号处理，可在各种通信系统中得到广泛应用。
三、激光器在光通信中的发展趋势随着光通信技术的不断发展，激光器在光通信中的应用和发展也呈现出一些新的趋势。
1. 红外光激光器的应用红外光激光器具有高功率、高速度、高效率的特点，在光通信中拥有广泛的应用前景。
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用引言概述：激光器是一种能够产生高强度、高单色性和高直线度的光束的装置。
它的工作原理基于光的受激辐射，通过激活激光介质中的原子或者份子使其产生光子，然后通过光学共振腔放大和反射，最终形成一束高度聚焦的激光光束。
激光器的应用广泛，包括科学研究、医疗、通信、材料加工等领域。
一、激光器的工作原理1.1 激活激光介质激光介质可以是固体、液体或者气体。
通过光或者电的激活，激活激光介质中的原子或者份子，使其处于激发态。
1.2 受激辐射激活激光介质中的原子或者份子会发生受激辐射现象，即一个光子与一个激发态的原子或者份子相互作用，激发态的原子或者份子会释放出与激发光子相同的频率、相同相位和相同方向的光子。
1.3 光学共振腔放大和反射激光光子在光学共振腔中来回反射，经过放大和反射，形成高度聚焦的激光光束。
二、激光器的应用领域2.1 科学研究激光器在科学研究中有着广泛的应用，例如激光光谱学、激光干涉仪等。
激光器的高单色性和高直线度使其在科学实验中能够提供精确的测量和分析工具。
2.2 医疗激光器在医疗领域的应用包括激光手术、激光治疗和激光诊断等。
激光手术能够实现创伤更小、恢复更快的手术方式；激光治疗可以用于皮肤病、白内障等疾病的治疗；激光诊断则能够提供高分辨率的图象，匡助医生进行准确的诊断。
2.3 通信激光器在通信领域中被广泛应用于光纤通信系统。
激光器能够产生高强度的光束，并且可以通过光纤进行传输，从而实现高速、长距离的数据传输。
三、激光器的材料加工应用3.1 激光切割激光器通过高能量的激光束对材料进行切割。
激光切割可以实现高精度、高速度的切割过程，广泛应用于金属、塑料、纸张等材料的加工。
3.2 激光焊接激光器通过高能量的激光束将材料的表面熔化并连接在一起。
激光焊接具有高精度、低热影响区和无需接触等优点，被广泛应用于汽车、航空航天等领域。
3.3 激光打标激光器通过对材料表面进行脱色、脱漆或者氧化等处理，实现对材料进行标记。
激光器及其应用介绍
激光器及其应用介绍激光器（Laser）是一种能产生高度聚束、单色、相干、高能量密度的光束的装置。
它通过激活外部的能量转换装置来产生激光，这种装置可以是光电子元器件、光纤、气体、固体或半导体材料。
激光器的光束特性使其在很多领域都有广泛的应用。
激光器的应用领域非常广泛，下面将对其中的几个主要领域进行介绍。
1.医疗领域激光器在医疗领域有着广泛的应用。
激光手术刀可以通过高度聚焦的激光束进行手术，减少了手术损伤和出血，提高了手术效果。
激光剥蚀术可以用来治疗角膜病变，如近视、远视、散光等。
激光切割术可以用来治疗肿瘤、寻找血管等。
此外，激光器还可以被用来进行皮肤美容，如去除斑点、减少皱纹等。
2.通信领域激光器在通信领域的应用非常广泛。
光纤通信系统中的光源通常使用激光器，它可以产生高强度的单色光束，可以在长距离传输中保持信号强度和质量不变。
激光器还可以通过频率调制技术进行信息传输，实现光纤通信的高速率和高容量。
3.材料加工领域激光器在材料加工领域有着广泛的应用。
激光切割可以用来切割金属、塑料、木材等不同类型的材料。
激光焊接可以用来焊接金属和塑料。
激光打标可以用来在材料表面进行打标和刻字。
激光烧蚀可以用来进行表面清理和剥离。
4.科学研究领域激光器在科学研究领域有着广泛的应用。
由于激光器在时间上的极高分辨率，可以用来进行超快速和超高速的实验研究。
激光器在物理、化学、生物等领域中被广泛应用，用来研究物质的结构和性质。
激光光谱学技术可以用来研究原子和分子的能级结构和光谱特性。
5.军事领域激光器在军事领域有着重要的应用。
激光瞄准器可以用来对准目标，并提供精准的引导和打击。
激光测距仪可以用来测量目标的距离，从而进行精确的射击。
激光通信系统可以用来进行无线通信，提供安全和高效的通信手段。
除了以上几个领域之外，激光器还在很多其他领域中有广泛应用，如环境监测、激光制造、激光显示、激光雷达、激光测绘等。
激光器的研发和应用将为人类的生产生活带来更多的便利和创新。
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用激光器是一种能够产生高强度、高单色性和高相干性的光束的装置。
它的工作原理基于光的受激辐射过程，通过在激发态粒子中引入外界能量，使这些粒子跃迁到较低能级，从而产生光子的放射。
激光器的应用非常广泛，包括科学研究、医学、通信、制造业等领域。
一、激光器的工作原理激光器的工作原理可以简单地描述为三个步骤：激发、放大和反馈。
1. 激发：激光器的激发过程通常通过电子束、光束或化学反应来实现。
当激发能量施加到激光介质中时，激光介质中的原子或分子将吸收能量并跃迁到一个高能级。
2. 放大：在激发态的原子或分子中，通过受激辐射的过程，一个光子会与一个激发态的原子或分子相互作用，从而导致原子或分子跃迁到较低能级，并释放出两个光子。
这个过程在激光介质中不断发生，光子的数量逐渐增加，形成一个光子数目巨大的光束。
3. 反馈：在激光器中，一个或多个反射镜被用于增强光的放大效果。
这些反射镜使得光在激光介质中来回反射，从而形成一个光学腔。
当光子在激光介质中来回反射时，它们会与其他激发态的原子或分子相互作用，进一步增强激光的放大效果。
最终，一个非常强大、高度相干的光束从激光器中产生。
二、激光器的应用1. 科学研究：激光器在科学研究中有着广泛的应用。
例如，激光器被用于实验室中的光谱学研究，用于测量物质的光谱特性。
此外，激光器还被用于原子物理学、量子力学和光学等领域的研究。
2. 医学：激光器在医学领域有着重要的应用。
例如，激光器被用于眼科手术中的激光角膜矫正术，可以纠正人眼的视力问题。
此外，激光器还被用于皮肤科手术、癌症治疗和牙科手术等。
3. 通信：激光器在光通信领域有着重要的应用。
激光器可以产生高强度的光束，可以通过光纤传输信息。
激光器被用于光纤通信系统中的光源，可以实现高速、高带宽的数据传输。
4. 制造业：激光器在制造业中有着广泛的应用。
例如，激光切割机可以通过激光束将金属或非金属材料切割成所需形状。
激光焊接机可以用于焊接金属零件。
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。
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用激光器是一种能够产生高强度、高单色性、高方向性的激光光束的装置。
它的工作原理是通过光的受激辐射过程来实现的。
激光器的应用非常广泛，涵盖了科研、医疗、通信、材料加工等多个领域。
本文将详细介绍激光器的工作原理及其在不同领域的应用。
一、激光器的工作原理激光器的工作原理主要包括激发过程、受激辐射过程和光放大过程。
1. 激发过程激光器通常通过外部能量源对工作物质进行激发，使其处于激发态。
常用的激发方式有光激发、电子束激发和化学激发等。
其中，光激发是最常见的方式，它利用外界光源的能量来激发工作物质。
2. 受激辐射过程当工作物质处于激发态时，它会受到外界的激励，从而产生受激辐射。
这种辐射具有特定的频率和相位，与激发辐射的光子具有相同的频率和相位。
这样的辐射过程被称为受激辐射过程。
3. 光放大过程受激辐射过程会引起工作物质中更多原子或分子的激发，从而形成光子的放大效应。
这样，原本弱的光信号就可以在激光器中得到放大，形成高强度的激光光束。
二、激光器的应用1. 科研领域激光器在科学研究中起着重要的作用。
例如，在物理学中，激光器可以用于精确测量光速、光子能量等物理量；在化学研究中，激光器可以用于分析化学反应的速率和路径等；在生物学中，激光器可以用于细胞成像、蛋白质结构研究等。
2. 医疗领域激光器在医疗领域有广泛的应用。
例如，在激光治疗中，激光器可以用于切割、焊接和热疗等治疗方式；在激光手术中，激光器可以用于眼科手术、皮肤手术等；在激光美容中，激光器可以用于去除色素斑、减少皱纹等。
3. 通信领域激光器在光通信中扮演着重要的角色。
激光器可以产生高强度的光信号，用于传输数据和信息。
例如，在光纤通信中，激光器可以将电信号转换为光信号，通过光纤传输数据；在卫星通信中，激光器可以产生高功率的激光光束，用于与地面站进行通信。
4. 材料加工领域激光器在材料加工中有广泛的应用。
例如，在激光切割中，激光器可以通过高能量的光束将材料切割成所需形状；在激光焊接中，激光器可以通过高温的光束将材料焊接在一起；在激光打标中，激光器可以通过激光束在材料表面进行打印和标记。
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激光器的应用近几年,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。
1光纤激光器的基本原理和结构1.1光纤激光器的原理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。
1. 2 光纤激光器的结构光纤激光器的基本结构由增益介质，谐振腔与泵浦源组成, 如图1 所示。
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是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。
图2 为两种光纤激光器腔型结构图。
a 为常见的F - P 腔结构;( b ) 为利用WDM (wavelength-division multip lexing) 耦合器来构成的腔型。
将两根或多根除去涂覆层的光纤以一定的方式靠拢,在高温下熔融, 同时向两侧拉伸, 最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构, 实现传输功率的耦合。
WDM 耦合器的不同连接方式又可以形成不同的腔型。
WDM 耦合器在光通信中使用F - P 腔结构1.3光纤激光器的分类光纤激光器种类繁多, 按照不同的标准可以分成若干种类,具体分类如表1所示。
2光纤激光器的发展历程虽然光纤激光器在最近几年成为研究和关注的热点,但光纤激光器并非新生事物。
就在激光器诞生后的第二年即196 1 年, 美国光学公司(Ametican Op tical Corporation ) 的E. Snitzer 采用灯耦合器、隔离器和光束组合器等光纤器件。
1998 (μ)μ年, Kosinki和Inniss 报道了一种内包层截面形状的光纤(纤芯材料是掺N d3 + 钡冕玻璃( barium 为星形的掺Yb 双包层光纤激光器,得到了20Wcrown glass) , 包层是苏打- 石灰- 硅酸盐材料) , 的激光输出[ 14 ] 。
1999 年V. Dom inic 等人报道了 C. J. Koester 和 E. Snitzer又发表了多组份玻璃光纤中的光放大结果[2 ] 。
不久以后, 光纤激光器被用于光学信息处理方面的工作[3 ] , 但由于当时条件的限制,此后光纤激光器的发展基本停滞不前。
高锟和Hockham 在1966 年首先讨论了利用光纤作为通讯介质的可能性[4 ] 。
此后光纤在通信领域得到较快发展。
经历了研究开发阶段( 1966～1976 ) 、实用化阶段( 1977 ～1986 ) 后迅速进入发展阶段即1986 年以后的大规模光纤通信建设阶段。
由于光通信的迅猛发展, 光纤制造工艺与半导体激光器生产技术日趋成熟, 基于石英光纤的定向耦合器这样的重要器件也成功制作, 这一切为光纤激光器和放大器的发展奠定了坚实的基础。
到20 世纪80 年代中期, 世界各地的许多研究组开始进行光纤激光器的研究。
从此, 光纤激光器取得了长足的发展。
19 85 年英国南安普敦大学的研究组取得突出成绩。
他们用MCVD 方法制作成功单模光纤激光器, 此后他们先后报道了光纤激光器的调Q 、锁模、单纵模输出以及光纤放大方面的研究工作。
英国通信研究实验室(BTRL ) 于1987 年展示了用各种定向耦合器制作的精巧的光纤激光器装置, 同时在增益和激发态吸收等研究领域中也做了大量的基础工作, 在用氟化锆光纤激光器获得各种波长的激光输出谱线方面做了开拓性的工作。
世界上还有很多研究机构活跃在这个研究领域, 如德国汉堡技术大日本的N TT、Hoys、三菱,美国的Polariod Copration , 贝尔实验室,斯坦福大学和GTE 等。
1988 年, E. Snitzer 等提出了双包层光纤, 而使一直被认为只能是小功率器件的光纤激光器可以向高功率方向突破。
19 89 年则又掀起了锁模光纤激光器的研究热潮, 这类激光器能产生超短脉冲,并在超快现象、光纤通信和光纤传感测距等方面有应用价值1994 年, H. M. Pask 等人首先在掺Yb3 + 石英光纤中实现了包层抽运,得到了最大500mW 的激光输出,斜率效率达到80 % [ 13 ] 。
此后出现了高功率用有源光纤、传输光纤、光纤反射镜、滤波器、耦合器、隔离器和光束组合器等光纤器件。
1998年, Kosinki和Inniss 报道了一种内包层截面形状为星形的掺Yb 双包层光纤激光器,得到了20W的激光输出[ 14 ] 。
1999 年V. Dom inic 等人报道了高功率掺Yb3 + 双包层光纤激光器的研究结果, 他们用 4 个 4 5W 的半导体激光二极管阵列组成总功率为180W 的泵浦源, 在波长1 120 nm 处得到110W 的激光输出进入2 1世纪后,高功率双包层光纤激光器的发展突飞猛进, 最高输出功率记录在短时间内接连被打破, 目前单纤输出功率连续已达到2 000W 以上。
IPG ( photonics) 公司凭借在2000 年获得的1亿美元的风险投资异军突起, 展示了各式光纤激光器和放大器: S、C、L 波段的各种光纤放大器、高功率的EDFA 、拉曼光纤激光器和双波长拉曼光纤激光器。
它推出一系列的掺Yb 高功率光纤激光器, 现在输出功率有直到50 kW 的产品可供选择。
英国的SP I、德国的IPHT 也有极高的研发和制造水平, 它们也加入到新产品的市场竞争中来。
现在已经有多台千瓦级光纤激光器在美国、欧洲、亚洲投入到工业加工或科学研究中。
国内从20 世纪80 年代开始这个领域的工作,如上海光机所、清华大学、华中科技大学、中国科学技术大学、天津大学以及邮电部和电子部所属的一些研究单位,在光纤激光器、放大器和相关器件的研究中都取得了一定的进展国内掺Yb3 + 双包层光纤激光器的研究起步较晚。
南开大学开展掺镱双包层光纤激光器的研究工作,并取得了一系列的科研成果,特别是在双包层光纤光栅方面取得了开创性成果。
上海光学精密机械研究所则在光纤激光器研制方面开展了许多重要的工作,经过对抽运光的整形, 大大提高了耦合效率, 报道了百瓦量级的掺镱双包层实现了高达70 % 的光- 光转换效率。
2005 年,烽火通信科技股份有限公司与上海光机所楼棋洪研究员等合作, 成功研制出功率高达440W 的掺镱双包层光纤激光器[20 ] , 其中双包层掺镱光纤由烽火公司拉制。
最近, 他们采用烽火公司的大模场面积双包层光纤, 又将功率值提升到7 14W 。
中国兵器装备研究院报道单纤功率突破1kW 。
但总的来说, 国内研究滞后国外几年时间,关键性制约因素是缺乏自主研制光纤制作设备和开发高功率泵浦半导体激光器的能力。
3光纤激光器的优越性光纤激光器成为研究热点和应用宠儿当然是由于它具有多种优越性能。
( 1) 它具有高的光束质量,可以轻易接近衍射极限,M 2 常常可以接近于1。
由于光束产生限制在细小的纤芯中,事实上这意味着它非常直, 并且能被聚焦成极小的点, 因而在打标、切割等应用中效率极高。
( 2 ) 它能达到非常高的功率和功率密度。
光纤激光器的功率还在不停地被提高。
前面已经指出,现在已经制造了单纤功率超过1kW 的光纤激光器,可以期待不用太久就会出现单纤功率达到10 kW 的光纤激光器。
而光纤束集成的光纤激光器现在已经有50 kW 的产品在销售, 可以预计, 光输出功率再提高10 倍到500 kW 也是可能的。
由于其在高功率的同时具有很好的光束质量, 所以可以获得非常高的功率密度。
( 3 ) 它非常高效并且容易冷却。
光纤激光器一般可将70 % ～80 % 的进入光纤的泵浦能量转换为输出激光。
这可以更好地节能, 同时这也意味着光纤激光器只有很少能量被转化为热。
所以即使千瓦级的光纤激光器也只需简单可靠的风冷就足够了。
同时,细长的光纤具有很高的表面积/体积比,产生的热量沿着光纤长度分布,这样散热很快,损耗小, 因此带来一个额外的好处是泵浦阈值功率也相当低如掺Yb 光纤激光器的泵浦阈值功率可低至10 - 4 W 量级[23 ] ) 。
对于四能级系统,泵浦阈值的降低也许不太重要,而对于三能级系统,需要较高的泵浦光强度来达到阈值, 如果采用体材料增益介质, 则唯有较大泵浦功率才能激射;采用光纤结构就可利用很小的泵浦功率来获得激光输出。
( 4 ) 光纤激光器具有极佳的稳定性、可靠性。
通常传输光束需要借助于光纤的柔绕性质将它转移到目的地如用于内脏系统的激光医疗激光耦合需要极为精确的调校。
所以常规激光器对碰撞、震动等非常敏感, 一旦光路失准, 就会失效。
而光纤激光器本身就是光纤结构, 十分便于使用。
同时这种波导结构与标准通信光纤和现有的光纤器件如耦合器、偏振控制器、调制器和滤波器等完全兼容, 并且具有极小的插入损耗(可做到小于0. 0 1dB ) , 故可以制作出完全由光纤器件组成的全光纤传输系统, 不必经过光电转换可直接对光信号进行放大和处理, 利于实现超长距离超高速度的信号传输。
其高度稳定性带来的好处之一就是使用寿命极长可达十万小时以上基本上其使用寿命只受限于泵浦半导体激光器, 维护方便,甚至实际上是不需要维护的。
4光纤激光器的发展趋势类似于块状介质固体激光器, 光纤激光器的研究正朝超快、单频、超高平均和/或峰值功率、超连续等极限方向发展, 另外还需要扩展新的激光波段,拓宽激光器的可调谐范围,而光纤激光器系统则还需要继续小型化、智能化。
目前尤以高功率双包层光纤激光器的研究为焦点。
光纤激光器的发展呈现出以下四大趋势:( 1) 单根光纤激光的连续波输出功率从百瓦量级、千瓦量级向万瓦量级发展,在保持光束质量不变差的前提下大大提升单根光纤激光的输出功率,将是高功率光纤激光发展的主要研究内容之一。