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光纤激光器的工作原理是什么?

阅读量: 1619次 发布时间:2023-10-30 07:07:09

  对理论感兴趣的话,可以借鉴我的一篇仿真文章,有助于从根本上理解光纤激光器的工作特性。

  工作原理:光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维,其导光原理是利用光的全反射原理,即当光以大于临界角的角度由折射率大的光密介质入射到折射率小的光疏介质时,将发生全反射,入射光全部反射到折射率大的光密介质,折射率小的光疏介质内将没有光透过。

  普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯、中间低折射率硅玻璃包层和最外部的加强树脂涂层组成。光纤按传播光波模式可分为单模光纤和多模光纤。

  单模光纤的芯径较小,只能传播一种模式的光,其模间色散较小。多模光纤的芯径较粗,可传播多种模式的光,但其模间色散较大。按折射率分布的情况化分,可分为阶跃折射率(SI)光纤和渐变折射率(GI)光纤。

  由泵浦源发出的泵浦光通过一面反射镜耦合进入增益介质中,由于增益介质为掺稀土元素光纤,因此泵浦光被吸收,吸收了光子能量的稀土离子发生能级跃迁并实现粒子数反转,反转后的粒子经过谐振腔,由激发态跃迁回基态,释放能量,并形成稳定的激光输出。

  光纤激光器的工作原理主要基于光纤激光器的特殊结构。激光器是由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分所组成,具体作用如下:

  3、光学谐振腔由两个反射镜组成,作用是使光子得到反馈并在工作介质中得到放大。

  光纤是光导纤维的简称,通常是一种圆柱形的光波波导。它利用全反射的原理把光波约束在纤芯,并引导光波沿着光纤轴线方向传输。用石英玻璃代替铜线改变了世界。

  以光纤作为激光增益介质的激光器被称为光纤激光器。与别的类型的激光器一样,由增益介质、泵浦源和谐振腔三个部分所组成。光纤激光器使用纤芯中掺杂有稀土元素的有源光纤作为增益介质。一般都会采用半导体激光器作为泵浦源。而谐振腔则一般利用反射镜、光纤端面、光纤环形镜或光纤光栅等器件构成。根据光纤激光器的时域特性,可大致分为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器;根据谐振腔结构不同,可大致分为线形腔光纤激光器、分布反馈式光纤激光器和环形腔光纤激光器;根据增益光纤和泵浦方式的不同,可大致分为单包层光纤激光器(纤芯泵浦)和双包层光纤激光器(包层泵浦)。

  在1961年,斯尼泽就在掺钕(Nd)的玻璃波导中发现了激光辐射。1966年,高锟详细研究了光纤中光衰减的根本原因,并指出了光纤在通信中实际应用所要解决的主要技术问题。1970年,美国的康宁公司开发出衰减小于20分贝/千米的光纤,为光通信和光电子技术产业的发展奠定了基础。这一技术突破也极大地促进了光纤激光器的发展。20世纪七八十年代,半导体激光器技术的成熟和商品化为光纤激光器的发展提供了可靠而又多样化的泵浦源。与此同时,化学气相沉积法的发展使得光纤的传输损耗不断降低。光纤激光器也向着多样化的方向快速地发展,光纤中掺杂多种稀土元素,如铒(Er3+)、镱(Yb3+)、钕(Nd3+)、钐(Sm 3+)、铥(Tm3+)、钬(Ho3+)、镨(Pr3+)、镝(Dy3+)、铋(Bi3+)等。根据所掺杂的离子不同,能轻松实现不同波长的激光输出。满足多种的应用要求。

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