光纤激光器技术及其研究进展
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光纤激光器技术及其研究进展武建芬，陈根祥
（北京交通大学光波所，北京１０００４４）
摘要：简要介绍了光纤激光器的基本原理、分类及特点，并对几种具有良好应用前景的热门光纤激光器的结构、原理和工作特性进行了较详细介绍，最后对未来光纤激光器技术的发展和应用前景作了展望。
关键词：双包层光纤激光器；多波长光纤激光器；锁模光纤激光器
中图分类号：ＴＮ２４８文献标志码：Ａ
１引言
由于光纤激光器技术在高速率大容量波分复用光纤通信系统、高精度光纤传感技术和大功率激光等方面呈现出广阔的应用前景和巨大的技术优势，近年来受到了来自电子信息、工业加工和国防科技等研究开发领域的高度关注。符合光纤激光器发展需要的各种光纤结构、光纤材料特别是各种稀土掺杂光纤材料和新的激光泵浦技术均得到了快速的发展，极大地推动了光纤激光器技术的进步［１］。特别是２０世纪９０年代后期，随着半导体激光器及掺杂光纤制作技术的日益成熟，光纤激光器的研究取得了重大进展。输出功率、波长调谐范围等性能得到了显著提高。由于具有与光纤系统完全匹配的独特优点，光纤激光器可以方便地应用于各种光纤通信和光纤传感系统，尤其是可实现稳定多波长激光输出的光纤激光器非常适合应用于密集波分复用（ＤＷＤＭ）光纤系统。目前国内外对于光纤激光器的研究方向和热点主要集中在高功率光纤激光器、高功率光子晶体光纤激光器、窄线宽可调谐光纤激光器、多波长光纤激光器、超短脉冲光纤激光器、拉曼光纤激光器等几个方面。本文简要介绍了光纤激光器的基本原理、分类及特点，并就几种主要的光纤激光器技术较详细地介绍了其工作原理及国内外近几年的新发展，最后对未来光纤激光器的发展和应用前景进行了分析与展望。２光纤激光器的基本原理、分类及特点
２．１光纤激光器的基本原理
和传统的固体、气体激光器一样，光纤激光器基本也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本的要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器（ＬＤ），增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔。泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发辐射。所产生的自发辐射光经受激放大和谐振腔的选模作用后，最终形成稳定激光输出。
２．２光纤激光器的分类
光纤激光器种类很多，根据其激射机理、器件结构和输出激光特性的不同可以有多种不同的分类方式。根据目前光纤激光器技术的发展情况，其分类方式和相应的激光器类型主要有以下几种：
（１）按增益介质分类稀土离子掺杂光纤激光器（Ｎｄ３＋、Ｅｒ３＋、Ｙｂ３＋、Ｔｍ３＋等，基质可以是石英玻璃、氟化锆玻璃、单晶），非线性效应光纤激光器（利用光纤中的ＳＲＳ、ＳＢＳ非线性效应产生波长可调谐的激光）。在光纤中掺入不同的稀土离子，并采用适当的泵浦技术，即可获得不同波段的激光输出。
（２）按谐振腔结构分类Ｆ－Ｐ腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及＂８＂字形腔、ＤＢＲ光纤激光器、ＤＦＢ光纤激光器。
（３）按光纤结构分类单和双包层光纤激光器、光子晶体光纤激光器、特种光纤激光器。
（４）按输出激光类型分类连续光纤激光器，超短脉冲光纤激光器、大功率光纤激光器。
（５）按输出波长分类Ｓ－波段（１４６０￣１５３０ｎｍ）、Ｃ－波段（１５３０￣１５６５ｎｍ）、Ｌ－波段（１５６５￣１６１０ｎｍ），可调谐单波长激光器，可调谐多波长激光器。
２．３光纤激光器的显著特点
由于光纤激光器在增益介质和器件结构等方面的特点，与传统的激光技术相比，光纤激光器在很多方面显示出独特的优点。这些优点可以归纳为以下几个主要的方面［２，３］：
收稿日期：２００６－０５－１１。
基金项目：北京交通大学科技基金（２００５ＳＺ００４）项目资助；国家自然科
学基金（６０５７７０２１；６０４３７０１０）项目资助。
作者简介：武建芬（１９７５－），男，研究生，主要研究方向为光电子器件、光
纤传感和光纤激光器。
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光通信技术
２００６年第８期
（１）较高的泵浦效率。通过对掺杂光纤的结构、掺杂浓度和泵浦光强度和泵浦方式的适当设计，可以使激光器的泵浦效率得到显著提高。例如采用双包层光纤结构，使用低亮度、廉价的多模ＬＤ泵浦光源即可实现超过６０％的光光转换效率。
（２）易于获得高光束质量的千瓦甚至兆瓦级超大功率激光输出。光纤激光器表面积／体积比大，其工作物质的热负荷小，易于散热和冷却。
（３）易实现单模、单频运转和超短脉冲（ｆｓ级）。
（４）工作物质为柔性介质，使得激光器的腔结构
设计、整机封装和使用均十分方便。
（５）激光器可在很宽光谱范围内（４５５～３５００ｎｍ）设计与运行，应用范围广泛。
（６）与现有通信光纤匹配，易于耦合，可方便地应用于光纤通信和传感系统。
上述特点使得光纤激光器在很多应用领域与传统的固体或气体激光器相比显示出明显的独特优势。
３光纤激光器技术的重要进展
３．１大功率双包层光纤激光器
大功率光纤激光器在空间激光通信、工业加工、医疗、国防上有广泛而重要的应用价值。为了提高光纤激光器的输出功率，就要想办法提高泵浦抽运光的吸收效率，双包层掺杂光纤就是出于这样目的而设计的。双包层光纤由纤芯、内包层、外包层和保护层四个层次组成。内包层的作用：一是包绕纤芯，将激光辐射限制在纤芯内；二是将泵浦光耦合到内包层，使之在内包层和外包层之间来回反射，多次穿过单模纤芯而被其吸收；为了使泵浦抽运光多次穿过纤芯以便使其被充分吸收，人们在纤芯内包层的结构上进行了研究，发展了多种增加泵浦抽运光吸收率的内包层纤芯结构形式［２］。
为了进一步有效地将泵浦光耦合进纤芯，出现了一些新的方法。最近韩国汉城大学的ＳｅｕｎｇｉｎＢａｅｋ等报道了采用长周期光纤光栅进行包层泵浦耦合吸收泵浦抽运光的实验［４］，他们采用一根５ｃｍ长、周期１８０ｕｍ的长周期光纤光栅将从端面入射到内包层的泵浦光耦合到纤芯，使掺镱包层泵浦激光器的泵浦吸收率增加３５％，最大输出功率在同样的２０Ｗ泵浦源泵浦情况下最大增加可达５５％，其实验装置如图１所示。来自泵浦二极管堆（ｄｉｏｄｅｓｔａｃｋ）的泵浦光经准直透镜（ｌｅｎｓ）和二项色性镜（ｄｉｃｈｒｏｉｃｓｍｉｒｒｏｒ）后进入ＳＭＦ（单模光纤），该单模光纤已经去掉了包层护膜，并在其中制作了符合耦合要求的长周期光纤光栅（ＬＰＦＧ），以使泵浦光能进入包层并充分耦合进纤芯，从而使泵浦光的吸收效率得到提高。
３．２超快锁模光纤激光器
如果光纤激光器在增益带宽内存在大量纵模运转，当各纵模频率间隔相同且相邻纵模间相位差为常数时即可获得锁模激光脉冲输出。根据锁模方式不同，可分为主动锁模光纤激光器和被动锁模光纤激光器。由于主动锁模调制能力有限，限制了锁模脉冲的宽度，脉冲宽度通常为ｐｓ量级。被动锁模或自锁模光纤激光器是利用光纤或其它元件中的非线性光学效应实现锁模的，激光器结构简单，在一定条件下不需要插入任何调制元件就可以实现自启动锁模工作［５］。最近Ａ．Ｐｏｌｙｎｋｉｎ和Ｐ．Ｐｏｌｙｎｋｉｎ，报道了一种新的被动锁模超短腔高平均功率ｐｓ级短脉冲光纤激光器［６］，图２是其实验装置原理图。一根８ｃｍ长的重掺杂（铒，镱）磷酸盐玻璃光纤被用作增益介质，功率可调的９７５ｎｍ激光二极管泵浦光源从端面给增益光纤提供泵浦光，在普通单模光纤（ＳＭＦ２８）上写入的光纤布拉格光栅被用作光反馈和激光输出端口。其中，光栅反射谱的半最大值全宽（ＦＷＨＭ）为１．５ｎｍ，反射率１５％。半导体饱和吸收镜（ＳＥＳＡＭ）作为非线性光学元件实现光学被动锁模。整个设备总长１８ｃｍ。试验获得了稳定的重复率５５０ＭＨｚ．的脉冲激光输出（平均输出功率５００～７７５ｍＷ）。在最大平均输出功率情况下（７７５ｍＷ）测量得到的输出激光脉冲光谱的半最大值全宽（ＦＷＨＭ）为０．３７ｎｍ，非线性自相关曲线的半最大值全宽为１７ｐｓ。
３．３拉曼光纤激光器
图１实验装置原理图
（二项色性镜在泵浦波长上反射率高，在信号波长上透射率高
）
图２短腔被动锁模光线激光器原理图
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２００６年第８期
２００６年第８期受激拉曼散射（ＳＲＳ，ＳｔｉｍｕｌａｔｅｄＲａｍａｎＳｃａｔｔｅｒｉｎｇ）是光纤非线性光学中一个很重要的非线性过程，它是由高强度的激光（超过一定阀值）与光纤介质中的分子振动模式（光学声子）相互作用产生的一种非线性光学效应。表现为入射泵浦光子被声子散射而发生的Ｓｔｏｋｅｓ频移。
在熔石英等非晶材料中，声子的振动频率展宽成为连续频带。所以石英光纤中的拉曼增益可以在一个很宽的范围内连续地产生。早期单模光纤的
ＳＲＳ实验测得了当泵浦光波长为１μｍ时石英光纤中
的拉曼增益系数ｇｒ［７］如图３所示。由图可见，石英光纤中拉曼增益的最显著的特征是ｇｒ有一个很宽的频移范围，可达４０ＴＨｚ，并且在１３ＴＨｚ附近有一个较宽的主峰。当在光纤两端加上适当反射率的反射滤光镜后，就可为一定波长的受激拉曼散射产生的Ｓｔｏｋｅｓ光提供反馈作用，使之在传输过程中被放大，形成激光振荡，成为拉曼光纤激光器。如果泵浦光功率足够强，那么生成的Ｓｔｏｋｅｓ光又将激起第二级、乃至更高级次的Ｓｔｏｋｅｓ光，形成级联受激拉曼散射。通过相互级联的多次拉曼频移，就能够将泵浦光能量转化到所需要的激光波长。
２００３年南开大学的苏红新等人报道了他们的内
腔级联拉曼光纤激光器输出特性的实验研究结果［８］。因为实现级联输出所需的光纤布拉格光栅其工作波长比较特殊而难于加工，国内目前还未有相应的光栅产品，实验中采用了进口光纤光栅。２００４深圳大学的杜戈果和邓莹等人报道了他们的利用国产镀膜镜作为谐振腔镜实现一级拉曼激光输出的实验结果［９］。图４是其实验装置示意图。实验采用Ｆ－Ｐ线型腔结构，由双色镜与光纤端面组成谐振腔，光纤端面的反射率约为４％。泵浦源为一台最大连续输出功率５．５Ｗ的光纤激光器，输出波长为１０６４ｎｍ，线宽０．９ｎｍ，输出为接近衍射极限的单横模光束，增益光纤为ＣｏｒｎｉｎｇＳＭＦ－
２８ＴＭ光纤，光纤长度约为２５ｋｍ。
逐渐增加泵浦功率，一级Ｓｔｏｋｅｓ光（１１２３ｎｍ）的输出光功率也逐渐增大，当泵浦功率增大到４．２Ｗ时可明显地看到一级Ｓｔｏｋｅｓ光的输出，继续增大泵浦功率泵浦光逐渐转化为一级
Ｓｔｏｋｅｓ光，增大到５．５Ｗ泵浦功率时泵浦光完全转化为
一级Ｓｔｏｋｅｓ光，此时达到最大的一级Ｓｔｏｋｅｓ光输出。
３．４多波长光纤激光器
多波长光纤激光器在密集波分复用（ＤＷＤＭ）光纤通信系统，分布式多波长光纤传感系统，光学测试，光谱学等方面有着广泛的应用前景［１０］。近年来多波长光纤激光器的研究一直是光纤激光技术领域的一个重要研究热点。但由于通常掺铒光纤增益在常温下的均匀展宽特性，各纵模间由于模式竞争而无法产生多纵模输出。只有将其冷却到液氮温区后铒掺杂光纤才表现出增益非均匀展宽特性［１１］实现多波长激光输出。实现常温下输出波长可调，输出波长间隔可调和输出通道数可调一直是多波长激光器研究得的重点。最近
Ｙｏｕｎｇ－ＧｅｕｎＨａｎ和ＧｉｌｈｗａｎＫｉｍ等报道了他们在这
方面的实验研究结果。他们获得了输出波段在１５１０～１６２０ｎｍ的输出波长可调，输出波长间隔可调，输出通
道数可调的常温下稳定工作的多波长光纤激光器［１０］。图５是其实验装置示意图。该实验装置的主体是由混合增益介质（ＳＯＡ，Ｃ波段ＥＤＦＡ，Ｌ波段ＥＤＦＡ）和可调
ＰＭＦＬｙｏｔ－Ｓａｇｎａｃ滤波器组成。利用半导体光放大器
的自饱和效应获得稳定的高信噪比的多波长激光输出，ＳＯＡ的非线性增益压制也能被用来调整输出波长。该装置环形腔的９０：１０的耦合器将大部分光功率反馈到光纤环形腔中，使ＳＯＡ处于高度饱和状态。可调光衰减器（ＶＯＡ）用来调整进入ＳＯＡ的光功率，光功率的进一步衰减可使ＳＯＡ的峰值功率点向长波长方向飘移，从而达到调整输出波长的目的，可调ＰＭＦＬｙ－
ｏｔ－Ｓａｇｎａｃ滤波器被用作波长选择器。该滤波器由５０：
５０的光纤耦合器，三段ＰＭＦ光纤（Ｌ１＝６ｍ，Ｌ２＝３ｍ，Ｌ３
＝
图３石英光纤的拉曼增益谱
图
４实验装置示意图
图５基于混合增益介质（ＳＯＡ，ＥＤＦＡ）和可调ＰＭＦＬｙｏｔ－Ｓａｇｎａｃ
滤波器（虚线）的多波长光纤激光器原理图
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１ｍ，光纤双折射Δｎ＝０．０００３）以及由λ／４和λ／２波片构成的偏振控制器组成。通过调整三段ＰＭＦ的不同组合可获得不同的输出波长间隔，Δλ＝０．８ｎｍ（Ｌ
１
＋Ｌ２＋Ｌ３），Δλ＝１．０ｎｍ（Ｌ１＋Ｌ２－Ｌ），Δλ＝２．０ｎｍ（Ｌ１－Ｌ２＋Ｌ），Δλ＝４．１ｎｍ（Ｌ１－Ｌ２－Ｌ）。通过旋转λ／４波片的角度可以调整输出波长的峰值位置，实验获得功率稳定的多波长激光输出（功率波动小于０．６ｄＢ）。
４展望
由于光纤激光器设计灵活、较易获得高功率和高光束质量的单横模输出，已经成为世界范围内大功率激光技术的最主要研究和发展方向。目前，采用多种结构和掺杂方式的光纤增益介质、灵活的侧向多模泵浦方式使得单根光纤激光器的输出功率即可达到１ｋＷ的量级［１２］。各种类型的高功率光纤激光器技术在工业生产、军事、医疗等方面的巨大潜在应用价值已经受到各国政府、产业界和科学研究机构的广泛关注，是目前光电子技术领域最重要的技术研究热点之一。根据当前光纤激光器技术的研究和发展趋势，大功率光纤激光器将可在未来几年内取得突破性进展并投入实际应用。
高性能的可调谐单波长、多波长光纤激光器是光纤激光器技术的另一个重要发展方向，其在光纤传感、光通信等领域的应用前景十分广阔。为了使光纤激光器输出的激光具有良好的可高速调制特性并适合长距离大容量ＤＷＤＭ系统的应用需要，各种单频、单偏振、输出特性可智能化灵活调节的光纤激光器技术是目前通信用光纤激光器技术的研究重点和主要发展趋向。
超短脉冲光纤激光器的发展带动了物理、化学、生物、材料与信息科学的研究进入微观超快过程领域。超短脉冲光纤激光器在未来通信、军事、工业加工、医学、光信息处理、全色显示和激光印刷等领域具有重要的应用价值，也是光纤激光器的主要技术研究和产品开发方向之一。
随着近年来光纤射频技术（ＲＯＦ：ＲａｄｉｏｏｖｅｒＦｉｂｅｒ）的迅速兴起，利用非线性效应的喇曼、布里渊光纤激光器也开始受到重视。利用不同级次Ｓｔｏｋｅｓ激光输出之间存在相干性的特点，理论上可以用光纤布里渊激光器和光纤拉曼激光器产生出１０ＧＨｚ～数十ＴＨｚ频率范围内的微波光信号。相关的激光器技术也是近年来光纤激光器方面的一个十分活跃的研究领域。
采用光子晶体光纤技术可以有效地改善光纤激光器横模控制和泵浦技术的有效性，但由于目前光纤制造工艺技术水平的限制，有源光子晶体掺杂光纤在制作工艺和提高成品率等方面存在相当的难度，将光子晶体光纤技术应用于光纤激光器目前尚处在理论分析和基础工艺技术探索的初级阶段。光子晶体光纤激光器能否成为光纤激光器技术发展的主流，关键取决于光子晶体光纤在制作工艺技术方面是否能够取得实质性的突破。
综上所述，光纤激光器技术是一个正在得到高度重视和迅速发展的新型技术研究热点，所涉及的科学研究和产品应用领域十分广泛，具有巨大的潜在应用价值和广阔的市场前景。随着各种类型光纤激光器技术的逐步成熟和商业化应用，将对相关领域的发展产生巨大的推动作用，同时也将引起相关技术领域的深刻变革。
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光纤激光器原理
光纤激光器原理 光纤激光器主要由泵浦源，耦合器，掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。泵浦源由一个或多个大功率激光二极管阵列构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介质的掺稀土元素光纤，泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收，形成粒子数反转，受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。 光纤激光器特点 光纤激光器以光纤作为波导介质，耦合效率高，易形成高功率密度，散热效果好，无需庞大的制冷系统，具有高转换效率，低阈值， 光纤激光器原理图1: 峰值功率：脉冲激光器，顾名思义，它输出的激光是一个一个脉
冲，每单个脉冲有一个持续时间，比如说10 ns(纳秒)，一般称作单个脉冲宽度，或单个脉冲持续时间，我们用t 表示。这种激光器可以发出一连串脉冲，比如，1 秒钟发出10 个脉冲，或者有的就发出一个脉冲。这时，我们就说脉冲重复(频)率前者为10，后者为1，那么，1 秒钟发出10 个脉冲，它的脉冲重复周期为0.1 秒，而1 秒钟发出1 个脉冲，那么，它的脉冲重复周期为1 秒，我们用T 表示这个脉冲重复周期。 如果单个脉冲的能量为E，那么E/T 称作脉冲激光器的平均功率，这是在一个周期内的平均值。例如， E = 50 mJ(毫焦)，T = 0.1 秒，那么，平均功率P平均= 50 mJ/0.1 s = 500 mW。 如果用 E 除以t，即有激光输出的这段时间内的功率，一般称作峰值功率(peak power)，例如，在前面的例子中E = 50 mJ, t = 10 ns, P峰值= 50 ×10^(-3)/[10×10^(-9)] = 5×10^6 W = 5 MW(兆瓦)，由于脉冲宽度t 很小，它的峰值功率很大。 脉冲能量E=1mj 脉宽t=100ns 重复频率20-80K 脉冲持续时间T=1s/2k=？秒 平均功率P=E/T=0.001J/0.00005s=20W P峰值功率=E/t 激光的分类： 激光按波段分，可分为可见光、红外、紫外、X光、多波长可调谐，目前工业用红外及紫外激光。例如CO2激光器10.64um红外
光纤激光器哪家的好,激光器品牌哪个好
光纤激光器哪家好，激光器品牌哪个好 随着激光技术的不断发展，激光应用已经渗透到科研、产业的各个方面，在汽车制造、航空航天、钢铁、金属加工、冶金、太阳能以及医疗设备等领域都起到重要作用。激光设备的核心就是激光器，我国各大激光设备企业不断地加大技术开发投入，虽然已经取得了一定的成就，各种激光设备实现国产化，达到国际领先水平，但是在主力激光器，超大功率激光器依然依赖进口，以致激光设备价格大幅度上涨，制约了我国激光加工产业的发展，另一方面，国外不少的激光加工企业看准中国激光加工的广大市场前景，纷纷入驻我国的沿海城市，冲击我国激光加工产业，国际竞争国内化。 光纤激光器哪家的最好下面总结目前市场上应用于工业制造领域的激光器主要企业，光纤激光器品牌：国内的是锐科、创鑫，国外的有美国相干，IPG，SPI，通快，JK laser （GSI的品牌子公司）等等，从质量上看，进口的光纤激光器比国产的要好些，而价格方面也贵些，主要看你们公司的预算在什么范围，对光纤激光器的出光率和耐用度有什么要求，需要根据自身设备来选择，适用就好！以供想采购激光焊接、激光切割、激光打标等企业提供相应的参考.排名不分先后。 美国 光纤激光器哪家的好——相干（Coherent）公司 相干公司成立于1966年，是世界第一大激光器及相关光电子产品生产
商，产品服务于科研、医疗、工业加工等多个行业；秉承40年的激光制造经验和创新精神，致力于提供一流的商业化激光器，促进科学研究不断进步、生产制造行业生产力和加工精度的不断提高；其全球化的销售、客户服务和技术支持网络更为客户提供全球范围内的合作和服务。相干公司能够提供更全面的激光器和激光参数测量产品，包括：氩/氪离子激光器、CO2激光器（10.6μm、9.4μm、调Q、可调谐、单频、THz源）、半导体激光器(375nm、405nm、635nm、780-980nm)、钛宝石连续可调谐激光器、准分子激光器、脉冲染料激光器、钛宝石超快激光器及放大器、半导体泵浦固体激光器（1064nm、532nm、355nm、266nm）、功率计、能量计、光束质量分析仪和波长计等。相干公司现在是最全面的超快激光器系统供应商，提供从振荡级、放大器、OPA、泵浦源到特殊制造的TW激光器等一系列超快激光器产品，脉冲宽度最窄到20fs；峰值功率最高可达100TW；单脉冲能量最高可达到5J。 光纤激光器哪家的好——IPG激光 全球最大的光纤激光制造商，其生产的高效 光纤激光器、光纤放大器以及拉曼激光的技术均走在世界的前端。IPGPHOTONICSCORPORATION始创于1990年，是全球最大的光纤激光制造商，总部 设在美国东部麻省，拥有国际领先水平的光纤激光研发中心，主要生产基地分布在德国、美国、俄罗斯、意大利；销售及服务机构分布在中国、
高功率光纤激光器发展概况
2009年第12 期 中文核心期刊 高功率光纤激光器发展概况 Survey of high-power fiber lasers ZHANG Jing-song (Electronic communications technology department, Shenzhen Institute of Information Technology,Shenzhen Guangdong 518029,China) Abstract :High-power fiber lasers have wide applications in the filed of optical communication,printing,marking,material processing,medicine etc.High-power fiber lasers may substitute conventional lasers large-ly,have new application of laser,broaden the scope of laser industry.The history and recent development of high-power fiber lasers home and aboard are surveyed.The prospect of high-power fiber lasers is discussed.Key words :high-power fiber laser,double-clad fiber,cladding pump 张劲松 （深圳信息职业技术学院电子通信技术系，广东深圳518029） 摘要：高功率光纤激光器以其优越的性能和超值的价格，在光通信、印刷、打标、材料加工、医疗等领域 有着广阔的应用，将会很大程度上替代传统激光器，并开辟一些新的激光应用领域，扩大激光产业的规模。概述国内外高功率光纤激光器的发展历史与现状。展望了高功率光纤激光器的发展前景。 关键词：大功率光纤激光器；双包层光纤；包层泵浦中图分类号：TN248 文献标识码：A 文章编号：1002-5561（2009）12-0008-03 0引言 从1960年第一台激光器（美国Maiman 等首先用红宝石晶体获得了激光输出）问世到现在近50年过去了，激光技术确如人们所期，渗入了各行各业：通信、生物技术、医学、印刷、制造、军事、娱乐业等。在某些领域，它已经成为不可替代的核心技术。但是激光产业规模还不够大，究其原因，不是人类不需要激光，而是传统激光器不好用：成本高、效率低、故障多。 光纤激光器的出现带来了扩大激光产业规模的希望。光纤激光器激光光束质量好，电-光转换效率高，输出功率大；所有的半导体器件及光纤组件都可以融接成一体，避免了元件的分立，可靠性得到极大提高。 1国外高功率光纤激光器发展概况 光纤激光器的最早有关研究可以追溯到20世纪 60年代初期，当时激光器刚刚出现不久，人们对激光 器的研究投入了极大热情，积极研制开发各种新型激光器。1961年，美国光学公司的E.Snitzer 等在光纤激 光器领域进行了开创性的工作，他们利用棒状掺钕（Nd 3+）玻璃波导获得了波长1.06μm 的激光。 20世纪70年代，光纤通信的研究开始起步，新兴 的光纤通信系统对新型光源的需求极大地刺激了激光器的研究工作。但由于人们的注意力集中到迅猛发展的半导体激光器技术上，以及光纤激光器自身的一些当时无法克服的困难，光纤激光器的研究逐渐沉寂下来。尽管如此，仍然取得了一些值得一提的成就。例如，1973年，J.Stone 等成功地研制出能够在室温下连续工作的掺钕光纤激光器，他们采用的半导体注入型激光器终端泵浦方式对以后实用型光纤激光器的研究具有重要的意义。 20世纪80年代，英国Southampton 大学的S.B.Poole 等用MCVD 法成功地制备了低损耗的掺钕和掺 铒光纤，因为掺铒光纤光纤激光器的激射波长恰好位于通信光纤的1.55μm 低损耗窗口，人们开始认识到光纤放大器和光纤激光器在提高传输速率和延长传输距离等方面无疑将给光纤通信带来一场革命。掺铒光纤放大器（EDFA ）得到了迅速的发展并成为一项成熟的应用技术。但是，光纤通信用的光纤激光器输出功率一般都是毫瓦级，一直以来只局限于光通讯等领域；同时由于巨大的行业差距，几乎无人把它与激光 收稿日期：2009-08-31。 作者简介：张劲松（1969-），男，博士，高工，现主要从事光纤激光器、放大器等方面的研究。 ⑧
光纤激光器工作原理及发展
光纤激光器的工作原理及其发展前景 1 引言 光纤激光器于1963年发明，到20世纪80年代末第一批商用光纤激光器面市，经历了20多年的发展历程。光纤激光器被人们视为一种超高速光通信用放大器。光纤激光器技术在高速率大容量波分复用光纤通信系统、高精度光纤传感技术和大功率激光等方面呈现出广阔的应用前景和巨大的技术优势。光纤激光器有很多独特优点，比如：激光阈值低、高增益、良好的散热、可调谐参数多、宽的吸收和辐射以及与其他光纤设备兼容、体积小等。近年来光纤激光器的输出功率得到迅速提高。已达到10—100 kW。作为工业用激光器,现已成为输出功率最高的激光器。光纤激光器的技术研究受到世界各国的普遍重视，已成为国际学术界的热门前沿研究课题。其应用领域也已从目前最为成熟的光纤通讯网络方面迅速地向其他更为广阔的激光应用领域扩展。本文简要介绍了光纤激光器的结构、工作原理、分类、特点及其研究进展，最后对光纤激光器的发展前景进行了展望。 2 光纤激光器的结构及工作原理 2.1光纤激光器的结构 和传统的固体、气体激光器一样。光纤激光器基本也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本的要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器(LD)，增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发辐射所产生的自发辐射光经受激放大和谐振腔的选模作用后．最终形成稳定激光输出。图1为典型的光纤激光器的基本构型。 增益介质为掺稀土离子的光纤芯，掺杂光纤夹在2个仔细选择的反射镜之间．从而构成F—P谐振器。泵浦光束从第1个反射镜入射到稀土掺杂光纤中．激射输出光从第2个反射镜输出来。 2.2 光纤激光器的工作原理 掺稀土元素的光纤放大器促进了光纤激光器的发展，因为光纤放大器可以通过适当的反馈机理形成光纤激光器。当泵浦光通过光纤中的稀土离子时．就会被稀土离子所吸收。这时吸收光子能量的稀土原子电子就会激励到较高激射能级，从而实现离子数反转，反转后的离子数就会以辐射形式从高能级转移到基态，并且释放出能量，完成受激辐射。从激发态到基态的辐射方式有2种：自发辐射和受激辐射。其中，受激辐射是一种同频率、同相位的辐射，可
大功率光纤激光器技术及其应用
的构想 , 但直到 20 世纪 80 年代, 随着激光二极管泵浦技术的发展和双包层结构光纤的提出 , 光纤激光 现于世 第 21 卷 第 6 期 山 东 科 学 Vol. 21 No. 6 2008 年 12 月 SHANDONG SCIENCE Dec. 2008 文章编号: 1002 4026( 2008) 06 0072 06 大功率光纤激光器技术及其应用 宋志强 ( 山东省 科学院激光研究所, 山东 济南 250014) 摘要: 光纤激光器是当今光电子技术研究领域中最炙手可热的研究课题, 尤其是大功率光纤激光器, 已在很多 领域表现 出取代传统 固体激光 器和 CO 2 激光器 的趋势。本文 从光纤激 光器的结构 出发, 详细论述 了大功率 光纤激光器的工作原理和关键技术, 重点介绍了应用更为广泛 的脉冲型 光纤激光器 技术, 最后简单 列举了大 功率光纤激光器的优势及其在工业加工、国防、医疗等领 域里的应用情况。 关键词: 光纤激光器; 包层泵浦技术; 双包层掺杂光纤; 光纤光栅; 应用 中图分类号: TN249 文献标识码: A The Development of High Power Fiber Laser and Its Applications SONG Zhi qiang ( Institute of Laser , Shandong Academy of Sciences , Jinan 250014, China ) Abstract: The technology of fiber lasers is one of research focuses topics in current optoelectronic area, especially for a high power fiber opt ic laser that has exhibited a tendency substituting traditional solid state laser and CO 2 laser in many areas. We fully expound its principles and some key technologies from its structure, emphasize the technology of a pulse fiber optic laser that is more widely applied, and enumerate its superiorit ies and applications in such areas industrial processing, national defense, medical service, etc. Key words: fiber optic laser; cladding pump; double clad rare earth doped fiber; fiber Bragg grating; application 所谓光纤激光器就是利用稀土掺杂光纤作为增益介质的激光器, 它的发展历史几乎和激光器技术一样 长。早在 20 世纪 60 年代初, 美国光学公司的 E. Snitzer 等人就已经提出了掺稀土元素光纤激光器和放大器 [ 1] [ 2] 器才进入了一个蓬勃发展的阶段。最近十年, 适合各种不同应用目的和领域的光纤激光器已雨后春笋般涌 [ 3- 5] 。 1 工作原理及关键技术 同其他类型激光器一样, 光纤激光器主要由泵浦源、谐振腔和增益介质三要素构成, 具体包括泵浦 LD 、 DCDF 、大模场 FBG 和光纤合束器等, 如图 1 所示。光纤激光器的所有器件均可由光纤介质制作, 因此光纤技 术是决定光纤激光器性能的关键因素。 收稿日期: 2008 08 23 基金项目: 山东省仪器设备改造项目资助( 2007GG1TC04039) 。 作者简介: 宋志强( 1982- ) , 男, 硕士, 主要研究方向为大功率光纤激光器技术。E mail: zhiqiangs@ gmail. com
光纤激光器的原理及应用
光纤激光器的原理及应用 张洪英 哈尔滨工程大学理学院 摘要：由于在光通信、光数据存储、传感技术、医学等领域的广泛应用，近几年来光纤激光器发展十分迅速，且拥有体积小、重量轻、检测分辨率高、灵敏度高、测温范围宽、保密性好、抗电磁干扰能力强、抗腐蚀性强等明显优势。本文简要介绍了光纤激光器的基本结构、工作原理及特性，并对目前几种光纤激光器发展现状及特点做了分析，总结了光纤激光器的发展趋势。 关键词：光纤激光器原理种类特点发展趋势 1引言 对掺杂光纤作增益介质的光纤激光器的研究20世纪60年代，斯尼泽(Snitzer)于1963年报道了在玻璃基质中掺激活钕离子(Nd3+)所制成的光纤激光器。20世纪70年代以来，人们在光纤制备技术以及光纤激光器的泵浦与谐振腔结构的探索方面取得了较大进展。而在20世纪80年代中期英国南安普顿大学掺饵(EI3+)光纤的突破，使光纤激光器更具实用性，显示出十分诱人的应用前景[1]。 与传统的固体、气体激光器相比，光纤激光器具有许多独特的优越性，例如光束质量好，体积小，重量轻，免维护，风冷却，易于操作，运行成本低，可在工业化环境下长期使用；而且加工精度高，速度快，寿命长，省能源，尤其可以智能化，自动化，柔性好[2-3]。因此，它已经在许多领域取代了传统的Y AG、CO2激光器等。 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、光学通信、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掺光纤激光器、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。 2光纤激光器的基本结构与工作原理 2.1光纤激光器的基本结构 光纤激光器主要由三部分组成：由能产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和可使激光介质处于受激状态的泵浦源装置。光纤激光器的基本结构如图2.1所示。
光纤激光器的分类
光纤激光器的分类 光纤激光器种类很多，根据其激射机理、器件结构和输出激光特性的不同可以有多种不同的分类方式。根据目前光纤激光器技术的发展情况，其分类方式和相应的激光器类型主要有以下几种： （1）按增益介质分类为： a）晶体光纤激光器。工作物质是激光晶体光纤，主要有红宝石单晶光纤激光器和Nd3+:YAG单晶光纤激光器等。 b）非线性光学型光纤激光器。主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器。 c）稀土类掺杂光纤激光器。向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活，（Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+等，基质可以是石英玻璃、氟化锆玻璃、单晶）而制成光纤激光器。 d）塑料光纤激光器。向塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料而制成光纤激光器。 （2）按谐振腔结构分类为F-P腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及“8”字形腔、DBR光纤激光器、DFB光纤激光器等。 （3）按光纤结构分类为单包层光纤激光器、双包层光纤激光器、光子晶体光纤激光器、特种光纤激光器。 （4）按输出激光特性分类为连续光纤激光器和脉冲光纤激光器，其中脉冲光纤激光器根据其脉冲形成原理又可分为调Q光纤激光器（脉冲宽度为ns量级）和锁模光纤激光器（脉冲宽度为ps或fs量级）。 （5）根据激光输出波长数目可分为单波长光纤激光器和多波长光纤激光器。 （6）根据激光输出波长的可调谐特性分为可调谐单波长激光器，可调谐多波长激光器。 （7）按激光输出波长的波段分类为S-波段（1460~1530 nm）、C-波段（1530~1565 nm）、L-波段（1565~1610 nm）。 （8）按照是否锁模，可以分为：连续光激光器和锁模激光器。通常的多波长激光器属于连续光激光器。 按照锁模器件而言，可以分为被动锁模激光器和主动锁模激光器。 其中被动锁模激光器又有: 等效/假饱和吸收体：非线性旋转锁模激光器（8字型，NOLM和NPR） 真饱和吸收体： SESAM或者纳米材料（碳纳米管或者石墨烯）。
2019年中国光纤激光器行业市场现状及发展前景研究报告
2019年中国光纤激光器行业市场现状及发展前景研究报告随着光纤激光器突破了传统激光器在功率、效率和性能方面的瓶颈，逐步替代气和普通固体激光器，光纤激光技术的发展和下游行业需求的增加，光纤激光器市场规模保持快速增长。随着光纤激光器技术逐渐成熟以及下游行业市场需求不断增加，数据显示，2018年中国光纤激光器出货量已突破10万台。 工业自动化生产的推进和激光器功率的提升，光纤激光器在工业领域的应用快速渗透，高功率连续光纤激光器稳定性快速提升，应用领域迅速扩大，光纤激光器在工业领域的应用将进一步扩大，整体市场空间将稳定增长，预计2019年中国光纤激光器出货量将进一步增长，有望突破14万台。 基于此，中商产业研究院长期关注中国光纤激光器市场，针对当前光纤激光器情况以及光纤激光器的发展前景，特别推出了《2019中国光纤激光器行业市场前景研究报告》，通过案例分析，为从事光纤激光器产业的从业人员提供了参考方案。 《2019中国光纤激光器行业市场前景研究报告》主要围绕中国光纤激光器行业概况；光纤激光器发展背景；光纤激光器现状；行业相关企业以及光纤激光器行业未来发展前景等五个章节展开，通过对当前中国光纤激光器的分类别划分诊断，总结光纤激光器发展现状，从而预提出当前行业的发展前景。
PART 1光纤激光器的概况 据中商产业研究院分析，光纤激光器是指利用掺稀土元素的玻璃光纤作为增益介质的激光器。光纤激光器一般用光纤光栅作为谐振腔，泵浦源作为泵浦源，泵浦光从合束器耦合进入增益光纤，在包层内多次反射穿过掺杂纤芯，选择合适的光纤长度和掺杂离子浓度可以实现对泵浦光的充分吸收，形成粒子数反转并输出激光。
激光振镜场镜原理(精)
Rdie aarlh doped siide-rrirMte core single-mode signal Multi-mode pumplighrt 光纤激光器原理： 光纤激光器主要由泵浦源，耦合器， 掺稀土元素光纤，谐振腔等部件构成。 泵浦源由一 个或多个大功率激光二极管阵列构成， 其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构耦合入作为增益介 质的掺稀土元素光纤， 泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收， 形成粒子数反转，受激发射 的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出。 光纤激光器特点 光纤激光器以光纤作为波导介质，耦合效率高，易形成高功率密度，散热效果好， 无需 庞大的制冷系统，具有高转换效率，低阈值，光束质量好和窄线宽等优点。并且，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； 超长的工作寿命和免维 护时间，平均免维护时间在 10万小时以上。 光纤激光器原理图1: 峰值功率：脉冲激光器，顾名思义，它输岀的激光是一个一个脉冲，每单个脉冲有一个持续时间，比如 说10 ns （纳秒），一般称作单个脉冲宽度，或单个脉冲持续时间，我们用 t 表示。这种激光器可以发出一 连串脉冲，比如，1秒钟发出10个脉冲，或者有的就发出 一个脉冲。这时，我们就说脉冲重复 （频）率 前 者为10,后者为1，那么，1秒钟发出10个脉冲，它的脉冲重复周期为 0.1秒，而1秒钟发出1个 脉冲，那么，它的脉冲重复周期为 1秒，我们用T 表示这个脉冲重复周期。 如果单个脉冲的能量为 E ，那么E/T 称作脉冲激光器的平均功率，这是在一个周期内的平均值。例如，E =50 mJ （毫焦），T = 0.1 秒，那么， 平均功率 P 平均=50 mJ/0.1 s = 500 mW 。 如果用E 除以t ，即有激光输出的这段时间内的功率，一般称作峰值功率 （peak power ），例如，在前面的 例子中 E = 50 mJ, t = 10 ns, P 峰值=50 X 10A （-3）/[10 X10A （-9）] = 5 X 10A 6 W = 5 MW （兆瓦），由于脉冲宽度 t 很小，它的峰值功率 很大。 脉冲能量E=1mj 脉宽t=100ns 重复频率20-80K 脉冲持续时间 T=1s/2k= ?秒 平均功率 P=E/T=0.001J/0.00005s=20W P 峰值功率 =E/t
激光技术与光纤激光器教材
激光武器现状与发展 摘要：激光武器在现代战争中发挥越来越重要的作用，本文论述了现阶段激光武器毁伤机理，发展现状及未来发展趋势。激光武器按激光生成方法可以分为化学激光器，自由电子激光器，固体激光器等，它们各有特色，目前只有化学激光器达到了实战部署阶段，其他激光器还有待成熟。展望未来，未来机载激光武器、反卫星计划上，激光武器将大有作为，呈现出蓬勃发展的态势。 关键词：激光武器；激光制导；发展分析 1 引言 激光武器是一种定向能武器，它利用强大的定向发射激光束直接毁伤目标或使之失效。用高能量，大功率的激光束代替常规子弹攻击目标物体，是由于激光武器具有：（1）高速度，激光以光速进行传输，从激光器出口到目标的时间可以不计，争取了作战时间。（2）反应灵敏，激光器射出的光束质量近于零，可在短时间内对不同方向的来袭目标进行打击。（3）命中精度高，激光武器是将能量汇聚成很细的光束准确的对准某一方向射出。（4）杀伤力可控，可通过调整和控制激光武器发射激光束的时间或功率以及射击距离来对不同目标分别实现非杀伤性警告，功能性损失，结构性破坏。(5)抗电子干扰能力强，激光武器射出的是激光束，现有的电子干扰手段对其不起作用。基于这众多优势，激光武器将在反导，反卫星和破坏敌方信息系统中得到广泛应用。 2 激光武器概述 根据作战用途，这种新型武器分为战术激光武器和战略激光武器两大类。战术激光武器是利用激光作为能量，像常规武器那样直接杀伤敌方人员、击毁坦克、飞机等，打击距离一般可达20km。战略激光武器可攻击数千公里之外的洲际导弹；可攻击太空中的侦察卫星和通信卫星等。 根据能量大小、激光的打击方式可分为软打击和硬打击两种：软打击主要是打击导弹的导引头和整流罩，破坏其传感器和电子线路，致使导弹不能准确飞向
光纤激光器综述
摘要：光纤激光器技术是光学领域最为重要的技术之一，作为第三代激光技术的代表，其稳定性好、效率高、阈值低、线宽窄、可调谐、紧凑小巧和性价比高等优点，使得它在光纤传感、光纤通信、工业加工等领域都有着重要的应用。而掺镱双包层光纤激光器是国际上近年来发展的一种新型固体激光器。本文就介绍了这种高功率掺镱双包层光纤激光器，主要介绍了高功率掺镱双包层光纤激光器的概念、发展历史及发展现状、基本原理、优点、实现的关键技术、应用及其广阔的前景。同时总结出了未来光纤激光器的发展方向，并且可以预计光纤激光器最终将可能会替代掉全球大部分高功率CO2激光器和绝大部分Y AG激光器。 关键词：光纤激光器；掺镱双包层光纤激光器；光纤融合技术；激光加工。引言 光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，虽然光纤激光器得到了社会各方面的广泛重视，但是光纤激光器并不是新型光器件。1961年，美国光学公司的Snitzer和Koester等在一根芯径300um的掺Nd3+玻璃波导中进行试验观察到了激光现象，并与1963年和1964年发表了多组分玻璃光纤中的光放大结果，提出了光纤激光器和光纤放大器的思想。1975～1985年中有关这个领域的文章较少，不过在这期间许多发展光纤激光器的必须工艺技术已趋于成熟[1]。上个世纪80年代后期，美国Polaroid公司提出了包层抽运技术，之后双包层光纤激光器，特别是掺镱双包层光纤激光器发展非常迅速。1994年，PASK 等首先在掺Yb3+石英光纤中实现了包层抽运，得到了0.5W的最大激光输出。1998年，Lucent技术公司的KOSINKI和INNISS报道了一种内包层截面形状为星形的掺Yb3+双包层光纤激光器，得到了20W的激光输出。1999年，DOMINIC等用4个45W的半导体激光二极管阵列组成总功率为180W的抽运源，在1120nm 得到110W的激光输出。2002年，IPG公司公布了2000W的掺Yb3+双包层光纤激光器。目前，该公司已经推出了输出功率为17kW的掺Yb3+双包层光纤激光器，虽然因为采用的是多组激光合束的方式，致使激光器的光束质量下降很大，但仍然在对功率要求高、光束质量要求不是很高的场合有非常好的应用前景。但如何提高功率，同时又保证光束质量，是当前研究要解决的难题之一。 在国内，关于掺Yb3+双包层光纤激光器的研究起步较晚。从上个世纪年80
光纤激光器论文
激光器件与技术期中论文 光纤激光器浅谈浅谈光纤激光器以及我国光纤激光器研究现状
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 is toward 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, applications and prospects for development. Keywords: fiber laser applications development prospects.
光纤激光器原理与特性详解
光纤激光器原理与特性详解 一、简介 光纤激光器，英文名称为Fiber Laser，是一种以掺稀土元素的玻璃光纤为增益介质来产生激光输出的装置。光纤激光器可在光纤放大器的基础上进行开发，由于光纤激光器中光纤纤芯很细，因此在泵浦光作用下，光纤内部功率密度高，使得激光能级出现“粒子数反转”现象，在此基础上，再通过正反馈回路构成谐振腔，便可在输出处形成激光振荡。
二、结构 光纤激光器的结构类似于传统的固体激光器、气体激光器，主要由泵浦源、增益介质、谐振腔三大部分构成，如下图所示。其中，泵浦源一般为高功率的半导体激光器，增益介质为掺稀土元素的玻璃光纤，谐振腔由耦合器或光纤光栅等构成。 三、原理 在上图中，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。 四、特点 特点一：由于光纤纤芯直径小，在纤芯内容易形成高功率密度，因此光纤激光器具有较高的转换效率、较低的阙值、较高的增益、较窄的线宽、且可方便高效的实现与当前光纤通信系统的连接。 特点二：由于光纤具有很好的柔绕性，因此光纤激光器具有小巧灵活、结构紧凑、性价比较高、且更易于系统的集成的特点。 特点三：与传统的固体激光器、气体激光器相比，光纤激光器的能量转换效率较高、结构较紧凑、可靠性高、且适合大批量的生产。 特点四：与半导体激光器相比，光纤激光器的单色性较好、调制时可产生较小的啁啾和畸变、且与光纤的耦合损耗较小。
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。 我们可以从不同的角度对光纤激光器进行分类，如根据光纤激光器的谐振腔采用的结构可以将其分为Fabry-Perot腔和环行腔两大类。也可根据输出波长数目将其分为单波长和多波长等。 对于不同类型光纤激光器的特性主要应考虑以下几点： (1)阈值应越低越好; (2)输出功率与抽运光功率的线性要好; (3)输出偏振态; (4)模式结构; (5)能量转换效率;
DFB光纤激光器国内外发展状况
我国国内光纤激光器目前己经得到一定程度的发展，国内的一些单位如上海光机所、清华大学、北京邮电大学、华中科技大学、中国科技大学、天津大学等从八十年代末进入光纤激光器的研究领域，经过努力获得了一定进展。国内开展光纤激光器和放大器方面的研究是从80 年代末和90 年代初开始的，首先在上海硅酸盐研究所、天津46 所、上海光机所、西安光机所、清华大学、北京邮电大学等国内多见科研单位开展了掺饵光纤的研制及光纤激光器的研究，并取得了阶段性的成果[l5] 。南开大学、上海光学精密机械研究所在双包层光纤布拉格(Bragg)光栅激光器方面取得了开创性成果[16],烽火通信科技股份有限公司与上海光 机所于2005 年合作，顺利研制出输出功率高达440W 的掺臆双包层光纤激光器[17]，随后中国兵器装备研究院报道了突破IKW 功率的光纤激光器，清华大学在多波长光纤激光器和锁模脉冲光纤激光器方面做了很多有进展性的工作[ 1 8-20] ，总体来说，由于国内光纤激光器的研究受到基础条件方面的制约，同国际的研究水平还有相当大的差距。国外有多个研究机构人员对DBR 和DFB 光纤激光器开展了全面的研究。其中G.A.Ball 所在的EastHartford 联合科技研究中心最先开展了将光栅直接写在掺杂光纤上形成腔结构，泵浦光源通过WDM 对 其进行泵浦而得到激光输出，从而实现所谓DBR 型光纤激光器[21-23] 。由于作为干涉光源以及传感等应用的背景，对单频操作DBR 的研究广泛的开展起来。利用短腔长高掺杂的DBR 、复合腔结构或DFB 结构等来实现稳定的单频操作一一被提出来。Sigurd 所在的澳大利亚的CRC 光子中心对DFB 光纤激光器进行了动态和多波长操作分析[24-25] ，同时探讨了利用DFB 光纤激光器对声响应的情况，并测试了DFB 光纤激光器对空气中声场的响应;Scott 所在的澳大利亚的国防科学科技组织从理论到实验研究了DFB 光纤激光器的空间模结构和 动态噪声[26-27] ，希望实现基于DFB 光纤激光器的水听器;英国的那安普顿大学的Kuthan 等人从理论上提出了改变DFB 光纤激光器对称结构从而实现提高输出效率降低泵浦域值目的[28] ，同时研究了混合掺杂的DFB 光纤激光器[29]，同样希望将其应用于传感领域。在20 世纪90 年代，世界范围的光纤传感技术呈现出产业化发展的趋势，主要形成了军事和民用两大应用领域，其中包括:国土安全防卫系统、工业安全检测系统以及用于石油化工、生物医学和环境等领域的光纤检测系统。在此同时光纤激光传感技术也开始形成，在1995 年，美国海军实验室的K.P.Koo 等人[30]首次将光纤激光器应用到光纤传感领域，这不仅推动了光纤传感技术的发展，而且标准着光纤激光传感技术的诞生。在此之后许多机构对光纤激光传感技术就开始了深入的研究，并且积极的拓展其应用的领域，如美国海军实验室(NRL) 、英国国防研究局(DERA) 、澳大利亚国防科学与技术组织(DSTO) 和美国利通资源勘探仪器公司(Litto n)等。自从19%年起英国国防研究局(DERA)联合Ast on大学和Kent大学开展了光纤激光水听器的研究[31]，并于2005年报道了8 点光纤激光水听器波分复用技术[32];2006 年澳大利亚国防科学与技术组织(DSTO) 报道的最大规模的单纤16点波分复用光纤激光传感器阵列[33];2007 年美国G.H.Ames 等报道了DFB 光纤激光加速度计[34];2008 年美国海军实验室G.A.Cranch 等报道了DFB 光纤激光磁力计[35] 可以应用于海底微弱磁场的探测。近年来国内光纤传感技术己经进入了工程应用的阶段，并且在光纤激光传感技术方面也取得了一些研究成果。 2011.3.1 DFB 光纤激光器作为本文研究的重点，下面对它的研究进展作一个简要介绍。1972 年美国贝尔实验
光纤激光器的前世今生
光纤激光器的前世今生 ?光纤激光器定义 光纤激光器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泛，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。 光纤激光器发展史 早期对激光器的研制主要集中在研究短脉冲的输出和可调谐波长范围的扩展方面。今天，密集波分复用(DWDM)和光时分复用技术的飞速发展及日益进步加速和刺激着多波长光纤激光器技术、超连续光纤激光器等的进步。同时，多波长光纤激光器和超连续光纤激光器的出现，则为低成本地实现Tb/s的DWDM或OTDM传输提供理想的解决方案。就其实现的技术途径来看，采用EDFA放大的自发辐射、飞秒脉冲技术、超发光二极管等技术均见报道。 目前国内外对于光纤激光器的研究方向和热点主要集中在高功率光纤激光器、高功率光子晶体光纤激光器、窄线宽可调谐光纤激光器、多波长光纤激光器、非线性效应光纤激光器和超短脉冲光纤激光器等几个方面。 1962年世界上第一个GaAs半导体激光器问世以来，已有四十余年的历史，现在半导体激光器已广泛地应用于激光通信、光盘存储、激光检测等领域。 随着半导体激光器连续输出功率的日益提高，其应用范围也不断扩大，其中大功率半导体激光器泵浦的固体激光器（DPSSL）是它最大的应用领域之一。这一技术综合了半导体激光器与固体激光器的优点，不仅将半导体激光器的波长转换为固体激光器的波长，而且伴随光束质量的改善和光谱线宽的压缩，以及实现脉冲输出等。https://www.wendangku.net/doc/a910170919.html,/半导体激光器体积小、重量轻，直接电子注入具有很高的量子效率，可以通过调整组份和控制温度得到不同的波长与固体激光材料的吸收波长相匹配，但它本身的光束质量较差，且两个方向不对称，横模特性也不尽理想。而固体激光器的输出光束质量较高，有很高的时间和空间相干性，光谱线宽与光束发散角比半导体激光小几个量级。对于DPSSL，是吸收波长短的高能量光子，转化为波长较长的低能量光子，这样总有一部分能量以无辐射跃迁的方式转换为热。这部分热能量将如何从块状激光介质中散发、排除成为半导体泵浦固体激光器的关键技术。 为此，人们开始探索增大散热面积的方法。深圳市星鸿艺激光科技有限公司专业生产激光打标机，激光焊接机,深圳激光打标机,东莞激光打标机 ?方法之一就是将激光介质做成细长的光纤形状。 所谓光纤激光器就是用光纤作激光介质的激光器，1964年世界上第一代玻璃激光器就是光纤激光器。由于光纤的纤芯很细，一般的泵浦源（例如气体放电灯）很难聚焦到芯部。所以在以后的二十余年中光纤激光器没有得到很好的发展。随着半导体激光器泵浦技术的发展，以及光纤通信蓬勃发展的需要，1987年英国南安普顿大学及美国贝尔实验室实验证明了掺铒光纤放大器（EDFA）的可行性。它采用半导体激光光泵掺铒单模光纤对光信号实现放大，现在这种EDFA已经成为光纤通信中不可缺少的重要器件。由于要将半导体激光泵浦入单模光纤的纤芯（一般直径小于10um），要求半导体激光也必须为单模的，这使得单模EDFA难以实现高功率，报道的最高功率也就几百毫瓦。
光纤激光器核心技术的发展
光纤激光器核心技术的发展 光纤激光器核心组件特种光纤技术及发展趋势 一、光子晶体光纤 烽火通信科技股份有限公司在十一五国家重点基础研究发展计划973项目“微结构光纤结构设计及制备工艺的创新与基础研究”（2003CB314905）、高新技术产业化项目“863”计划“光子晶体光纤及器件的研制与开发”（2007AA03Z447）、973计划项目“微结构光纤的创新设计、精确制备及其标准化”（2010CB327606）的支撑下，从微结构光纤设计、制备技术和应用技术等多方面进行了系统深入的研究，取得了重大的科研成果。烽火通信已经初步形成了微结构光纤（光子晶体光纤）的工艺技术与设备控制技术，以及自主知识产权的专利技术，先后制造出光子晶体光纤，包括：高非线性光子晶体光纤、色散平坦光子晶体光纤、FTTH 用微结构光纤、大模场单模光子晶体光纤、空心PBG型光子晶体光纤、全固态PBG型光子晶体光纤，以及双包层掺镱光子晶体光纤、掺铒光子晶体光纤等。 烽火通信将上述光子晶体光纤提供给国内的清华大学、北京邮电大学、天津大学、南开大学、燕山大学、深圳大学、国防科技大学进行基础应用研究：清华大学采用本公司提供的高非线性光子晶体光纤实现了慢光，实现了0.5脉冲当量的光减速；天津大学采用本公司提供的高非线性光子晶体光纤实现了400nm~1400nm两倍频程的超连续光谱；北京邮电大学利用本单位的高非线性光子晶体光纤实现了波长变换器件的研制；南开大学采用本单位的柚子型光敏微结构光纤，实现了多参量传感新型光纤光栅的刻写等，他们取得了新型高性能的光电子器件的国际前沿的研究成果。 二、色散补偿光纤及模块 随着网络技术的应用日益广泛，人们对宽带传输的需求迅速增长，因此，光通信系统需要不断增大传输距离、传输容量和提高传输速率。光纤通信的传输速率从最初的兆比特/秒1（Mbps），2.5G比特/秒（Gbps）到10 Gbps，现在高达40 Gbps，甚至160 Gbps。但是，常规单模光纤（G.652）由于在1530nm-1625nm（C+L波段）通信波段内具有11-21ps/nm·km 的正色散，非零色散位移光纤（G.655）在C波段内具有1-10ps/nm·km的正色散。通信数据传输一段距离后，系统的累积色散不断增加，导致传输信号的波形畸变，造成信号的失真。 为了减小通信链路累积色散对通信系统传输性能的影响，目前，国际上采用色散补偿技术来改善链路色散，包括负色散光纤补偿技术、光纤光栅色散补偿技术、电子色散补偿技术等，其中采用负色散光纤进行色散补偿的技术最方便有效，系统性能稳定可靠，成本低。采用色散补偿光纤进行通信链路的色散补偿是当前国际上的主流技术，CIR研究表明：到2012年，全球色散补偿模块和器件的市场将会达到7.55亿美圆。 高速大容量光通信系统需求的宽带色散补偿光纤及其器件（DCM）成功商用，实现C 波段的色散和色散斜率的双功能补偿，并且大规模应用在波分复用（WDM）及OTN光通信系统中，解决了该器件依赖于进口的局面。随着密集波分系统的规模化建设，国内对色散补偿光纤模块的需求量迅速增长，预计到2015年国内需求将达到60000套，市场容量将达到2.2亿元 常规色散补偿光纤模块对G.652光纤的补偿比率在1:8～1:10，如果采用光子晶体前沿技术进行补偿，理论上可以达到1:100的补偿比率，实现色散的高效补偿。烽火通信在国家