1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上光纖激光器的泵浦源【摘要】根據(jù)光纖激光器的特殊結(jié)構(gòu)，提出了光纖激光器泵浦源的不同種類(lèi)，并給出了選擇泵浦源的標(biāo)準(zhǔn)，以及其對(duì)應(yīng)的效率。【關(guān)鍵詞】光纖激光器;泵浦源;高功率激光器激光器主要組成部分分別為諧振腔、泵浦源以及工作物質(zhì)。泵浦源就是使激光工作介質(zhì)達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的激勵(lì)源。粒子從基態(tài)到高能級(jí)的過(guò)程稱(chēng)為泵浦過(guò)程。常見(jiàn)的泵浦方式主要有電泵浦、化學(xué)泵浦、光泵浦、氣動(dòng)泵浦四種，而光泵浦和電泵浦是應(yīng)用最為廣泛的方式。氣體激光器常采用電泵浦方式作為激勵(lì)源，光泵浦方式則廣泛應(yīng)用于固體和液體激光器。光泵浦，是用一束光照射工作物質(zhì)，使工作物質(zhì)中的粒子吸收光子的能量而被激勵(lì)到高能級(jí)上。LD

2、泵浦源具有效率高，噪聲較低，頻率穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊等諸多優(yōu)點(diǎn)，常被用作固體激光器的泵浦源1。光纖激光器的工作物質(zhì)一般為摻雜光纖，反饋腔一般為光纖光柵、光纖端面、環(huán)形鏡等;采用光泵浦方式，便于將泵浦光耦合進(jìn)光纖，且光纖纖芯本身極細(xì)，使其本身更容易形成上能級(jí)粒子數(shù)的累積。光纖激光器的本質(zhì)是波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，可將泵浦波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為特定波長(zhǎng)的光并以激光的形式輸出。從物理學(xué)的角度出發(fā)，產(chǎn)生光放大的原則是給工作物質(zhì)提供其可吸收的波長(zhǎng)的光，使工作物質(zhì)有效的吸收能量而被激活。因此根據(jù)摻雜材料的不同，對(duì)應(yīng)的吸收波長(zhǎng)也不同，對(duì)泵浦光波長(zhǎng)的要求也就不同。例如摻釹光纖的泵浦光波長(zhǎng)為800nm，980nm，530nm等，產(chǎn)生

3、的激光波長(zhǎng)為900nm，1060nm，1350nm等;摻鉺光纖的泵浦光波長(zhǎng)為800nm，980nm，1480nm等，產(chǎn)生的激光波長(zhǎng)為1550nm2。選擇光纖激光器的泵浦源需要參考如下標(biāo)準(zhǔn)：（1）高泵浦效率。泵浦效率直接影響泵浦功率，泵浦功率越高，調(diào)諧范圍則越大;（2）激發(fā)態(tài)吸收率（ESA）盡量小。ESA通常用的值來(lái)衡量，其中，為激發(fā)態(tài)吸收截面，為基態(tài)吸收截面。例如，摻鉺光纖的泵浦光波長(zhǎng)為532nm，980nm，1480nm。利用YAG倍頻固體激光器可產(chǎn)生532nm的激光，但是YAG倍頻固體激光器體積龐大，不便于投入市場(chǎng)。而波長(zhǎng)為980nm，1480nm的泵浦激光器可選用大功率LD，其體積小且效

4、率高，可作為理想泵浦光源。具體參數(shù)可見(jiàn)表1與表23。表1 不同泵浦波長(zhǎng)處的泵浦效率光纖種類(lèi) 數(shù)值孔徑 泵浦波長(zhǎng)/nm 泵浦功率/mW 增益/dB 效率/（dB/mW）SiO2/GeO2 0.16 532 25 34 1.35SiO2/GeO2 0.16 980 10.5 24 2.20SiO2/Al2O3 0.18 514 100 22 0.22SiO2/Al2O3 0.14 514 100 16 0.16SiO2/Al2O3 0.14 528 100 31 0.31SiO2/GeO2 0.20 665 100 26 0.26SiO2/GeO2 0.30 807 20 8 0.40SiO2/A

5、l2O3 0.12 1490 14 2 0.14光纖激光器的泵浦源可采用傳統(tǒng)固體激光器，也可采用高功率多模單芯結(jié)二極管激光模塊或二極管陣列，對(duì)于二極管陣列，常用的是端面泵浦，將光注入光纖包層中。高功率的二極管陣列可激發(fā)產(chǎn)生高功率的激光，平均運(yùn)行時(shí)間高達(dá)104h。它對(duì)水冷、脈沖模式有著嚴(yán)格的要求。對(duì)于單芯結(jié)二極管的光泵浦裝置，不需要水冷，且更容易高效率的耦合進(jìn)雙包層光纖。單芯結(jié)二極管的光泵浦裝置擁有與陣列模塊同樣高的輸出功率，并具有更長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間（高達(dá)2×105h）。表2 與泵浦光波長(zhǎng)的關(guān)系波長(zhǎng)/nm 光纖種類(lèi)GeO2 GeO2/B2O3 GeO2/P2O5 Al2O3488 2.90

6、 - 1.86 1.74514.5 0.95 - 0.55 0.50655 0.28 0.25 0.13 0.14810 2.00 2.00 1.00 1.00980 - - - 0光纖激光器的研究剛起步階段只開(kāi)發(fā)出單包層光纖激光器，常在通訊領(lǐng)域中被應(yīng)用，但單包層光纖激光器屬于低功率激光器，無(wú)法滿(mǎn)足醫(yī)療激光、機(jī)械加工的要求。這是因?yàn)閺?qiáng)泵浦光在耦合進(jìn)極細(xì)的纖芯內(nèi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的非線(xiàn)性效應(yīng)，而降低了轉(zhuǎn)換效率。受到泵浦光的局限，使得光纖激光器在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都只能應(yīng)用在低功率的領(lǐng)域中。直到用雙包層光纖代替原有的單模光纖后，實(shí)現(xiàn)了泵浦光到衍射極限的高效率的轉(zhuǎn)換，光纖激光器終于在高功率激光器領(lǐng)域中占領(lǐng)了一席之地，將雙包層光纖引入到光纖激光器領(lǐng)域，結(jié)束了光纖激光器對(duì)泵浦源選擇的局限性，光纖激光器對(duì)泵浦源的特性依然有很大的要求，泵浦源的效率、尺寸、壽命都會(huì)直接影響到整個(gè)激光器的光輸出情況。參考文獻(xiàn)1張亮.全光纖型包層泵浦摻鐿離子光纖激光器的研究D.中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所，2005.2王鵬飛