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光纤激光器的工作原理及优劣势
发布时间: 2019-05-05点击数:载入中...

光纤激光器(Fiber Laser)是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器,光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来:在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度,造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”,当适当加入正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出。

光纤激光器应用范围非常广,包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接(铜焊、淬水、包层以及深度焊接)、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设,作为其他激光器的泵浦源等等。

光纤激光器的工作原理:光纤激光器利用掺杂稀土元素的光纤研制成的光纤放大器给光波技术领域带来了革命性的变化。由于任何光放大器都可通过恰当的反馈机制形成激光器,因此光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发。目前开发研制的光纤激光器主要采用掺稀土元素的光纤作为增益介质。由于光纤激光器中光纤纤芯很细,在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度,造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”。因此,当适当加进正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡。另外由于光纤基质具有很宽的荧光谱,因此,光纤激光器一般都可做成可调谐的,非常适合于WDM系统应用。和半导体激光器相比,光纤激光器的优越性主要体现在:光纤激光器是波导式结构,可容强泵浦,具有高增益、转换效率高、阈值低、输出光束质量好、线宽窄、结构简单、可靠性高等特性,易于实现和光纤的耦合。


光纤激光器作为第三代激光技术的代表,具有以下优势:

(1)玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可绕性所带来的小型化、集约化优势;

(2)玻璃光纤对入射泵浦光不需要像晶体那样的严格的相位匹配,这是由于玻璃基质Stark 分裂引起的非均匀展宽造成吸收带较宽的缘故;

(3)玻璃材料具有极低的体积面积比,散热快、损耗低,所以转换效率较高,激光阈值低;

(4)输出激光波长多:这是因为稀土离子能级非常丰富及其稀土离子种类之多;

(5)可调谐性:由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽。

(6)由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片,具有免调节、免维护、高稳定性的优点,这是传统激光器无法比拟的。

(7)光纤导出,使得激光器能轻易胜任各种多维任意空间加工应用,使机械系统的设计变得非常简单。

(8)胜任恶劣的工作环境,对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。

(9)不需热电制冷和水冷,只需简单的风冷。

(10)高的电光效率:综合电光效率高达20%以上,大幅度节约工作时的耗电,节约运行成本。

(11)高功率,商用化的光纤激光器是六千瓦。


光纤激光器的劣势在于由于光纤纤芯很小。相比于固体激光器,其单脉冲能量很小。


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