1 光纤激光器的特性
光纤激光器的输出波长范围在400~3400nm之间,可应用于:光学数据存储,光学通讯,传感技术,光谱和医学应用等多种领域。目前发展较为迅速的是掺铒光纤激光器,光纤光栅激光器,窄线宽可调谐光纤激光器以及高功率的双包层光纤激光器。与其他激光器相比有其他无法比拟的优点。
1)小型轻量化
光纤体积小,可以弯曲,做到了小型轻量化。安装灵活,使用方便。
2)增益高,转换效率高
光纤激光器中光纤即是激光介质又是光的波导介质,因此泵浦光的耦合效率相当高,加之光纤激光器能方便的延长增益长度,以便泵浦光充分吸收,即使光纤单位长度的增益较小,相互作用长度也很长,但是还可以得到足够的综合增益。而且泵浦光被封闭在光纤中,所以可以实现高效率泵浦光-光转换效率约为70%;电-光转换效率约为30%。
3)更易大功率
光纤的几何形状具有很大的表面积/体积比,散热快,它的工作物质的热负荷小,可以串联和并联,所以很容易增加输出功率。能产生高亮度和高峰值功率,已达140mW/cm2。
4)光束品质高
光纤的数值孔径小,容易聚光。由此可以达到大功率密度化,实现高分辨率加工。具有较好的单色性,方向性和温度稳定性。
5)宽增益光谱
掺稀土类硅玻璃光纤复杂的晶体场的影响,显示出没有微细结构的宽光谱增益能级,有YAG晶体相比,可以实现宽带的光放大。可在很宽光谱范围内(455-3500nm)设计运行,加之玻璃光纤的应光谱相当宽,插入适当的波长选择器即可得到可调谐光纤激光器,调谐范围已达到80nm。
6)稳定性好
激光在光纤波导内产生与传输,只要光纤固定,光速被限制在光纤内,没有空间光学元件,因此不容易受到尘埃附着和周围环境的热,机械的影响。
7)长距离传输
从光纤激光器输出的激光,可以高效率地耦合到传输光纤中,使用传输用光纤可以对激光本体远离的加工对象进行加工。
2 光纤放大器
采用光纤为增益介质的光信号放大系统称为光纤放大器。光纤放大器分为掺稀土光纤放大器和光纤拉曼放大器两大类。
使用Er光纤的光纤发达其为掺Er光纤放大器(ErbiumDoped Fiber Amplifier, EDFA),相应的使用Yb光纤的放大器称为掺Yb光纤发达其(YtterbiumDoped Fiber Amplifier, YDFA)。基本的光纤放大器结构如下图,三种前向泵浦系统,后向泵浦系统,双向泵浦系统
图5 前向泵浦系统
图6 后向泵浦系统
图7 双向泵浦系统