双包层光纤激光器简介
Nufern铒镱共掺双包层光纤性能表现
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Nufern Proprietary and Confidential
SM-EYDF-6/125-HE铒镱共掺双包层光纤
测试结果记录固定光纤长度为11.8 m (13 dB 吸收@ 940 nm)
1.55 mm Efficiency 1 um ASE
33.6% 32.6% 31.3% 29.2%
13 Nufern Proprietary and Confre Developments
总结: •Nufern 提供 6, 10, 12 和 25 um铒镱共掺双包层光纤，有最高的效率和最小的ASE •使用Nufern的EYDF光纤能够实现稳定的，更高功率输出
11 Nufern Proprietary and Confidential
Nufern 和竞争对手的光纤比较(12/130)
测试结果记录，光纤长度为13dB总吸收(@ 940 nm 泵浦) ，注入信号功率为 1.4 W
Nufern的EYDF光纤处于最好的效率水平量级，同时具有最低的1.0um波段的ASE
前-HE 型和新一代 –XP光纤性能比较 (MM-EYDF-10/125)
测试结果记录，光纤长度为13dB总吸收(@ 940 nm 泵浦) ，注入信号功率为 1.4 W
XP 型光纤展示了1.0um ASE抑制能力的大幅度提升，因此大幅度提高了输出功率能力
10 Nufern Proprietary and Confidential
12 Nufern Proprietary and Confidential
统计结果：1.55 um 效率和1 um ASE
• Nufern’s 10 和 12 um铒镱共掺双包层光纤的测试结果和主要竞争对手同类型 光纤的性能比较 • 效率和最大可输出功率的情况请参加下表，注入信号功率均为1.4W
光纤激光器论文
摘要：光纤激光器作为光源在光通信领域已得到广泛应用，而随着大功率双保层光纤激光器的出现，其应用正向着激光加工、激光测距、激光雷达、激光艺术成像、激光防伪和生物医疗等更广阔的领域迅速扩展。
本文以下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：光纤激光器应用扩展发展前景abstract:Fiber laser as a light source in the field of optical communication has been widely used, and as the dual-protection layer of high-power fiber lasers appear, its application istoward to the laser processing, laser ranging, laser radar,laser art of imaging, security and bio-medical laser rapid expansion of a wider area. The following article outlines the principles of fiber lasers, characteristics, applicationsand prospects for development.Keywords: fiber laser applications development prospects.一．光纤激光器的简述光纤激光器和放大器的研究与应用引起了广泛的重视和兴趣，已能制备以硅和氟化铅为基质的掺杂稀土金属元素的光纤。
用这些光纤制作成光源或光放大器在降低光通信系统的成本方面具有巨大的潜力。
接铰和饵离子的光纤激光器已有多种波长的输出，包括900nm，1060nm和1550nm等。
用输出波长为800nm的I‘D作为泵浦源也可以获得光通信重要窗口波长(1550nm)的输出。
调Q光纤激光器结构示意图和MOPA光纤激光器结构示意图
调Q光纤激光器和普通的调Q激光器一样，都是在激光谐振腔内插入Q开关器件，通过周期性改变腔损耗，实现调Ｑ激光脉冲输出。
Ｑ开关是被广泛采用的产生短脉冲的激光技术之一。
现状：调Q光纤激光器在许多领域都有着广泛应用，大功率是调Q光纤激光器的一个发展方向。
全光纤化也是调Ｑ光纤激光器发展的一个重要趋势，人们陆续研发出一些全光纤的Q开光来代替传统的声光与电光调制器，大大地降低了激光器的插入损失。
用于光纤激光器的调Ｑ技术大致可以分为光纤型调;和非光纤型调Ｑ两类。
非光纤型调Ｑ有光调Ｑ、电光调Ｑ、机械转镜调Ｑ和可饱和吸收体调Ｑ等。
非光纤型调Ｑ：1.声光调Q激光器：2.电光调Q激光器：3.可饱和吸收体调Q激光器：光纤型调Q装置光纤型调Q装置有光纤迈克尔逊干预仪调Q、光纤马赫一曾特尔干预仪调Q和光纤中的受激布里渊散射〔ＳＢＳ〕调Ｑ光纤激光器等。
下面介绍混合调Q和脉冲泵浦受激布里渊散射混合调Q光纤激光器。
混合调Q光纤激光器如图所示得到了峰值功率3.7KW，脉宽2m的脉冲激光输出。
实验中选用掺钕双包层光纤作增益介质，光纤长7.2m,纤芯直径5.1um,数值孔径0.12。
内包层为矩形结构,截面尺寸150um*75um。
泵源为800nm、3w激光二极管，有60%的泵光祸合到内包层中。
系统由一个全反镜和一个二向色镜构成驻波谐振腔。
在双包层光纤的输出端接几米长的单模光纤,实现调Q ,得到纳秒量级的激光脉冲。
在腔内插人一声光调制器(AQM),使激光脉冲重复频率在6.6KHz-16.4KHZ范围内可调。
脉冲泵浦和受激布里渊散射混合调Q :在线形腔双包层光纤激光器中,用脉冲泵浦和SBS混合调Q 。
如下图泵浦源为多模半导体激光器〔LD〕，带有800um的输出尾纤,,,有连续和脉冲两种运转方式。
多模半导体激光器通过合适的光学藕合系统泵浦掺Yb 的双包层光纤。
增益光纤纤芯直径为7um,作为泵浦光通道的内包层为一矩形结构(125*125um),外面涂一层硅橡胶作为外包层。
1-3激光器的基本组成及典型激光器介绍
2019年8月22日星期四
理学院 物理系
§ 1-3 典型激光器简介
1、工作物质——激光产生的内因，实现粒子 数反转和产生光的受激辐射作用的物质体系。
☞ 激励只是一个外部条件，激光的产生还取决于
合适的工作物质。
☞ 二能级系统能否实现粒子数反转???
☞ 亚稳能级：需要一个可以有较长寿命且能贮存 大量粒子的能级，经过不断激发，粒子数反转就 能实现，这样的能级称为“亚稳能级”。
核能激励——用核裂变反应放出的高能粒子、放射线或裂变 碎片等来激励工作物质，也可实现粒子数反转；
2019年8月22日星期四
理学院 物理系
§ 1-3 典型激光器简介
3、谐振腔：形成激光振荡的必要条件；对输出
的模式、功率、光束发散角等均有很大影响。
谐振腔的作用：模式选择、提供轴向光波模的 反馈，产生光放大； 谐振腔的组成：谐振腔由全反射镜和部分反射 镜（输出反射镜）组成，激光由部分反射镜输 出。根据实际情况选用稳定腔、非稳腔或临界 稳定腔。
2019年8月22日星期四
理学院 物理系
§ 1-3 典型激光器简介
一般固体激光器：由工作物质、泵浦系统、谐振 腔和冷却滤ห้องสมุดไป่ตู้系统四个主要部分组成。
基 工作 质 物质 掺
杂 泵浦系统
激光波长
红宝石激光器 刚玉晶体 （Al2O3）
Nd:YAG 激光器 钇铝石榴石晶体 Y3Al5O12
Cr2O3
Nd2O3
§ 1-3 典型激光器简介
☞ 激励不仅要快，还有强有力；
☞ 激励作用是通过消耗一定的能量来实现的，产生 受激辐射所需要的最小激励能量称为激光器的阈值 （threshold）；
☞ 激励方式（Practical laser materials can be pumped in many ways.）：光、电、化学、原子能；
新型螺旋型内包层双包层光纤吸收效率分析
的限制 。双包层 光纤 中内包 层 的横截 面积 和数值 孔 径均 远大 于掺杂 了稀 土元 素 的单 模 纤 芯 ， 由于 内包
在 了。光线在其中的行进路线找不 出任何规律 ， 在 传输足够长的距离后 ， 它将到达 内包层横截面上 的 任何一点 ， 最终所有光线 因多次经过纤芯后会被全 部吸收， 以其吸收效率始终是 １０ ， 所 ０ ％ 但是光纤在 单位长度 内的吸收效率是有差别的。
新 型螺 旋 型 内包 层 双 包 层 光 纤 吸 收 效率 分 析
何 伟 ， 子 华 王
（ 上海大学通信 与信息工程学院 ， 上海 ２０ ７ ） ０ ０２
摘
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
要 ： 出一种 新 型的 内包 层横 截 面边界 为螺旋 曲线 的双 包 层光 纤结构 ， 给 出一种分 析双 提 并
包 层光 纤 吸收效 率 的新 方 法 ： 以射 线法为 基础 ， 它 采用 概率 理论 计算 出光 纤 内部 传播 的光 线每
光纤激光器.doc
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E1，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。
光纤激光器,灯泵浦和半导体激光器(三者比较)
光纤打标机和半导体及灯泵浦激光打标机三者主要性能比较武汉百一机电工程有限公司光纤激光打标机与灯泵浦激光器性能对比光纤激光打标机设备型号及性能“武汉百一”的BY-YLP光纤激光打标机在激光打标应用方面具有许多独特的优势。
与传统的固体激光器使用晶体棒作为激光介质不同，光纤激光器的激光介质是很长的掺镱双包层光纤，并被高功率多模激光二极管所泵浦。
BY-YLP系列光纤激光打标机使用特点1、光束质量极好，适用于精密、精细打标BY-YLP系列光纤激光打标机光束质量比传统的灯泵浦固体激光打标机好得多，为基模（TEM00）输出，发散角是灯泵浦激光器的1/4。
尤其适用于要求高的精密、精细打标。
2、体积小巧、搬运方便、实现便携化BY-YLP采用光纤传输，由于光纤具有极好的柔绕性，激光器设计得相当小巧灵活、结构紧凑、体积小。
其重量和占地面积分别是灯泵浦泵浦激光打标机的1/10和1/4，节省空间，便于搬运。
且采用光纤传输决定了其能适应加工地点经常变换的要求，实现产品的便携化。
3、激光输出功率稳定、设备可靠性高能量波动低于2%，确保激光打标质量的稳定；平均无故障使用时间可达10万小时以上，灯泵浦激光打标机的氪灯的使用寿命在800小时左右。
4、效率高、能耗低、节省使用成本电光转换效率为30%（灯泵浦激光打标机为3%），设备功率仅500－1000W，日均耗电10度，是灯泵浦激光打标机的1/10左右，长期使用可为用户节省大量的能耗支出。
5、自主知识产权的操作软件，操作简便、功能强大可以标刻矢量式图形、文字、条形码、二维码等，可升级实现在线打标，自动打标日期、班次、批号、序列号，支持PLT、PCX、DXF、BMP等文件格式，直接使用SHX、TTF字库。
激光打标机系统组成BY-YLP型光纤激光打标机主要由四部分组成，即：进口光纤激光器、光路及振镜扫描系统、计算机控制系统及工作台。
1、光纤激光器光纤激光器一体化整体结构，无光学污染、无功率的耦合损失，结构小巧紧凑，空气冷却，具有其他激光器不具备的高效率和可靠性。
激光常见的分类
激光常见的分类激光（Laser）是一种以光学放大的原理产生的高度聚焦的光束。
它的特点是单色性、同相性和高亮度，广泛应用于各个领域，包括医疗、通信、制造等。
根据激光器的工作原理和应用领域的不同，激光可以被分为多种分类。
一、气体激光器气体激光器是一种利用气体放电形成的激发能量来激发激光发射的装置。
根据使用的气体种类不同，气体激光器可以分为氦氖激光器、二氧化碳激光器、氩离子激光器等。
其中，氦氖激光器是最早被发现的激光器，其工作波长为632.8纳米，广泛应用于医疗、测量和教育领域；二氧化碳激光器的工作波长为10.6微米，主要用于切割、焊接和雕刻等工业应用；氩离子激光器的工作波长为488纳米和514纳米，常用于生物医学研究和材料加工等领域。
二、固体激光器固体激光器是利用固体材料中的活性离子或色心离子来产生激光的装置。
常见的固体激光器有Nd:YAG激光器、Nd:YVO4激光器等。
其中，Nd:YAG激光器的工作波长为1064纳米，是目前应用最广泛的固体激光器之一，可用于切割、焊接、标记等工业应用；Nd:YVO4激光器的工作波长为1064纳米，它具有更高的光转换效率和更窄的线宽，适用于高精度的激光加工和科学研究等领域。
三、半导体激光器半导体激光器是利用半导体材料中的电子和空穴复合产生激光的装置。
半导体激光器具有体积小、功耗低和价格便宜等优点，广泛应用于通信、显示和医疗等领域。
根据结构和工作方式的不同，半导体激光器可以分为激光二极管、垂直腔面发射激光器（VCSEL）等。
激光二极管是最常见的半导体激光器，其工作波长范围广泛，可从红外到可见光，适用于光存储、医疗和传感等应用；VCSEL是一种垂直发射的半导体激光器，具有窄的光谱线宽和高的发射功率，主要用于光通信和3D成像等领域。
四、光纤激光器光纤激光器是利用光纤中的增益介质来放大激光的装置。
光纤激光器具有体积小、可靠性高和抗干扰能力强等优点，广泛应用于通信、材料加工和医疗等领域。
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透镜组端面泵浦耦合 端面直接熔接耦合
侧 面 泵 浦 耦 合
优点：侧面泵浦技术 使光纤的两端空闲出 来,方便对信号光处 理,其泵浦功率较高, 并且支持多点泵浦耦 合,功率可扩展性高
角度磨抛侧面耦合 熔锥侧面泵浦耦合
可调谐的双包层光纤激光器输出：
通过调节闪耀光 栅转角可以改变 输出激光波长 泵浦功率越高， 输出功率越高 在1190nm波长 时功率达到最高
双包层光纤纤芯结构：
双包层光纤谐振腔结构：
线 形 谐 振 腔
比较：线形腔产
生的驻波会造成烧 孔效应，导致多模 振荡，影响激光的 相干性。而环形腔 中激光运行在行波 状态，不会产生烧 孔效应。 环形腔具有封 闭式波导结构，抗 干扰能力强，稳定 性高，具有很高的 使用价值。
泵浦光
掺杂光纤
激光输出 剩余泵光
纤芯掺杂
Yb3+离子能级结 构简单,无激发 态吸收和浓度淬 灭效应,量子效 率和光光转换效 率高, 发射谱线极宽的 特性,可实现宽 范围激光波长调 谐(1010nm～ 1120nm之间)
单包层光纤结构：
套层
外包层 纤芯 一次涂覆层
双包层光纤结构：
光 纤 芯
内 包 层 光 纤 芯 保 护 层泵
光纤激光器的原理：
E2 E1
E2 E1
E2 E1
hv hv
hv
E0 E0
hv
hv
E0
受激跃迁
自发辐射
受激辐射
不同的掺杂离子决定了不同的激光输出波长 掺杂稀土离子（即斓系元素）通常是正三价的离 子如Er3+、Nd3+、Tm3+、Ho3+、Yb3+、Pr3+等。
纤芯掺杂：
部分稀土离子输出波长和吸收波长
泵 浦 光
保 护 层
激 光 输 出
激光 输出 外 包 层
浦 光
单包层光纤激光器 双包层激光器对非线性的抑制：(γ,P0，Leff) 耦合效率低 (1)γ为纤芯的非线性参量，一般相同。 双包层激光器的转 (2)P0为能够相位匹配的泵浦光功率，纤芯方向 换效率和输出功率 的功率密度低。 高并能抑制各种非 (3)双包层激光器输出功率高，达到相同功率输 线性效应 出，所需长度Leff短。
2016
双包层光纤激光器发 展简介
庄庆贺
西北核技术研 究所
激光的性质：
1
方向性
2
单色性
5
光子简并度
4
3
相干性 亮度高
激光的应用：
激光通讯
激光测量 激光手术 激光光谱 激光武器 激光制导 激光加工
激光的应用：
光纤激光器的组成：
掺杂光纤 泵浦光
激光输出
剩余泵光
激光三要素：泵浦源、工作物质、谐振腔
环 形 谐 振 腔
耦合器
泵浦光
掺杂光纤
耦合器 隔离器
激光输出
双包层光纤泵浦耦合技术：
端 面 泵 浦 耦 合
优点：结构简单、易 要求：聚焦光束的数 于实现，不易集成和 值孔径与聚焦光斑的 稳定性低（带透镜组） 大小与双包层光纤内 缺点：只有两个端面 包层的数值孔径相匹 用于泵浦，限制最大 配。 功率，需要对LD制冷
半导体激 光器
掺杂光纤
线形腔 环形腔
光纤激光器的优点：
能量转换效率 高，易实现高 功率输出 增益介质表面 积/体积比大, 散热特性好,无 需水冷
光纤柔性好、 激光器结构紧 凑、易于集成 耐高温耐腐蚀, 不受外界电磁 干扰,工作性 能稳定
纤芯几何尺寸 小、易实现激 光单模输出 光谱特性好， 能实现激光波 长宽范围调谐
高功率双包层光纤激光器的实现：
泵浦方式
耦合方式
谐振腔 的特性
前景与展望：