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                高功率光纖激光器的解決方案

                編輯:本站  來源:本站  日期:2016年3月4日
                光纖激光器的類型

                1.按照光纖材料的種類,光纖激光器可分為:

                (1)晶體光纖激光器。工作物質是激光晶體光纖,主要有紅寶石單晶光纖激光器和nd3+:YAG單晶光纖激光器等。

                (2)非線性光學型光纖激光器。主要有受激拉曼散射光纖激光器和受激布里淵散射光纖激光器。

                (3)稀土類摻雜光纖激光器。光纖的基質材料是玻璃,向光纖中摻雜稀土類元素離子使之激活,而制成光纖激光器。

                (4)塑料光纖激光器。向塑料光纖芯部或包層內摻入激光染料而制成光纖激光器。

                2.按增益介質分類為:

                (1)晶體光纖激光器。工作物質是激光晶體光纖,主要有紅寶石單晶光纖激光器和Nd3+:YAG單晶光纖激光器等。

                (2)非線性光學型光纖激光器。主要有受激喇曼散射光纖激光器和受激布里淵散射光纖激光器。

                (3)稀土類摻雜光纖激光器。向光纖中摻雜稀土類元素離子使之激活,(Nd3+Er3+Yb3+Tm3+等,基質可以是石英玻璃、氟化鋯玻璃、單晶)而制成光纖激光器

                (4)塑料光纖激光器。向塑料光纖芯部或包層內摻入激光染料而制成光纖激光器。

                3.按諧振腔結構分類為F-P腔、環形腔、環路反射器光纖諧振腔以及"8"字形腔、DBR光纖激光器、DFB光纖激光器等。

                4.按光纖結構分類為單包層光纖激光器、雙包層光纖激光器、光子晶體光纖激光器、特種光纖激光器。

                5.按輸出激光特性分類為連續光纖激光器和脈沖光纖激光器,其中脈沖光纖激光器根據其脈沖形成原理又可分為調Q光纖激光器(脈沖寬度為ns量級)和鎖模光纖激光器(脈沖寬度為psfs量級)

                5.根據激光輸出波長數目可分為單波長光纖激光器和多波長光纖激光器。

                7.根據激光輸出波長的可調諧特性分為可調諧單波長激光器,可調諧多波長激光器。

                8.按激光輸出波長的波段分類為S-波段(1460~1530 nm)C-波段(1530~1565 nm)L-波段(1565~1610 nm)

                9.按照是否鎖模,可以分為:連續光激光器和鎖模激光器。通常的多波長激光器屬于連續光激光器。

                10.按照鎖模器件而言,可以分為被動鎖模激光器和主動鎖模激光器。

                其中被動鎖模激光器又有:

                等效/假飽和吸收體:非線性旋轉鎖模激光器(8字型,NOLMNPR)

                真飽和吸收體: SESAM或者納米材料(碳納米管,石墨烯,拓撲絕緣體等)

                光纖激光器的原理特性

                由于光纖激光器采用的工作介質具有光纖的形式,其特性要受到光纖渡導性質的影響。進入到光纖中的泵浦光一般具有多個模式,而信號光電可能具有多個模式,不同的泵浦模式對不同的信號模式產生不同的影響,使得光纖激光器和放大器的分析比較復雜,在很多情況下難以得到解析解,不得不借助于數值計算。光纖中的摻雜分布對光纖激光器也產生很大的影響,為了使介質具有增益特性,將工作離子(即雜質)摻雜進光纖。一般情況下,工作離子在纖芯中均勻分布.但不同模式的泵浦光在光纖中的分布是非均勻的。因而,為了提高泵浦效率,應該盡量使離子分布和泵浦能量的分布相重合。在對光纖激光器進行分析時,除了基于前面討論的激光器的一般原理,還要考慮其自身特點,引入不同的模型和采用特殊的分析方法,以達到最好的分析效果。

                和傳統的固體、氣體激光器一樣,光纖激光器也是由泵浦源、增益介質、諧振腔三個基本要素組成。泵浦源一般采用高功率半導體激光器,增益介質為稀土摻雜光纖或普通非線性光纖,諧振腔可以由光纖光柵等光學反饋元件構成各種直線型諧振腔,也可以用耦合器構成各種環形諧振腔。泵浦光經適當的光學系統耦合進入增益光纖,增益光纖在吸收泵浦光后形成粒子數反轉或非線性增益并產生自發發射。所產生的自發發射光經受激放大和諧振腔的選模作用后,最終形成穩定激光輸出。

                高功率的光纖激光器及其包層泵浦技術

                雙包層光纖的出現無疑是光纖領域的一大突破,它使得高功率的光纖激光器和高功率的光放大器的制作成為現實。自1988E Snitzer首次描述包層泵浦光纖激光器以來,包層泵浦技術已被廣泛地應用到光纖激光器和光纖放大器等領域,成為制作高功率光纖激光器首選途徑。

                包層泵浦技術,由四個層次組成:①光纖芯;②內包層;③外包層;④保護層。將泵光耦合到內包層(內包層一般采用異形結構,有橢圓形、方形、梅花形、D形及其六邊形等等),光在內包層和外包層(一般設計為圓形) 之間來回反射,多次穿過單模纖芯被其吸收。這種結構的光纖不要求泵光是單模激光,而且可對光纖的全長度泵浦,因此可選用大功率的多模激光二極管陣列作泵源,將約70%以上的泵浦能量間接地耦合到纖芯內,大大提高了泵浦效率。

                包層泵浦技術特性決定了該類激光器有以下幾方面的突出性能。

                1、高功率

                一個多模泵浦二極管模塊組可輻射出100瓦的光功率,多個多模泵浦二極管并行設置,即可允許設計出很高功率輸出的光纖激光器。

                2、無需熱電冷卻器

                這種大功率的寬面多模二極管可在很高的溫度下工作,只須簡單的風冷,成本低。

                3、很寬的泵浦波長范圍

                高功率的光纖激光器內的活性包層光纖摻雜了鉺/鐿稀土元素,有一個寬且又平坦的光波吸收區(930-970nm),因此,泵浦二極管不需任何類型的波長穩定裝置

                4、效率高

                泵浦光多次橫穿過單模光纖纖芯,因此其利用率高。

                5、高可靠性

                多模泵浦二極管比起單模泵浦二極管來其穩定性要高出很多。其幾何上的寬面就使得激光器的斷面上的光功率密度很低且通過活性面的電流密度亦很低。這樣一來,泵浦二極管其可靠運轉壽命超過100萬小時。

                實現包層泵浦光纖激光器的技術概括起來可分為線形腔單端泵浦、線形腔雙端泵浦、全光纖環形腔雙包層光纖激光器三大類,不同特色的雙包層光纖激光器可由該三種基本類型拓展得到。

                飛博特光電科技科提供各種結構的光纖激光器光纖連接器件,如高功率保偏隔離器,光纖合束器,準直器,帶通濾波器,波分復用器,泵浦保護器,泵浦源,光纖分路器,光柵等等



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