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2012年度十大优秀光纤激光技术论文

导读: 光纤激光器以掺杂稀土元素的光纤作为工作介质,采用反馈器件构成谐振腔,在泵浦光的激励下,光纤内掺杂介质产生受激发射,进而形成激光振荡输出激光。

  早在1961年,美国光学公司(American Optical Corporation)的Snitzer等就提出了光纤激光器的构想,但由于受当时条件的限制,研究进展非常缓慢。进入20世纪80年代中期,Townsend等发明了溶液掺 杂技术(Solution doping technique)。此后,Poole等用改进的化学气相沉积法(MCVD)研制成低损耗的掺铒光纤,一些实验室开始从掺铒光纤中得到了波长1.5um、高达30dB的光放大增益,引起了人们的高度重视。到80年代中后期,基于半导体激光器泵浦的掺铒光纤激光器和低损耗的石英单模光纤制造技术,为光纤通信的迅猛发展奠定了强有力的技术基础。正是由于掺铒光纤放大器为光纤通信所带来诱人前景的驱动,引发了80年代中后期稀土掺杂光纤激光器的研究热潮。

  随后Hanna等纷纷报道掺铒、钕、镱、铥及铒/镱共掺等光纤激光器。但当时采用的稀土掺杂光纤为单包层光纤,泵浦光必须直接耦合到直径仅仅几微米的单模纤芯中,这对泵浦源的激光模式提出了较高的要求,导致泵浦源昂贵且耦合效率低。因此,传统的稀土掺杂光纤激光器只能作为一种低功率的光子器件。

  与传统的半导体激光器不同,光纤激光器以掺杂稀土元素的光纤作为工作介质,采用反馈器件构成谐振腔,在泵浦光的激励下,光纤内掺杂介质产生受激发射,进而形成激光振荡输出激光。但常规的光纤激光器因需要将泵浦光耦合进入直径低于10um的单模纤芯,因而耦合效率低,限制了光纤激光器的输出功率。但是在大多数应用领域需要超过瓦量级的输出功率,再加上光纤制作技术、泵浦光源以及光学技术的限制,光纤激光器的发展一直比较缓慢。

  随着光纤激光器技术发展越来越热,ROFIN与TRUMPF分别收购NUFERN与SPI公司发展光纤激光。今春上海慕尼黑激光展上,ROFIN展出了2KW光纤激光器,但全球高功率光纤激光器市场依然是IPG一统天下。 继上 年SALVAGNINI与LASER PHOTONICS等公司展出用其的光纤激光器之切割机后,2010年11月在亚特兰大的FABTECH 与汉诺威的EUROBLECH 展会上又推出愈来愈多的光纤激光切割机。欣喜的是一批海归博士矢志回国创业,创建了武汉锐科光纤激光、西安炬光等公司,研发生产高功率光纤激光器与二极管激光泵源。近日,武汉锐科与华工科技成功研制出了拥有自主知识产权的4KW连续波光纤激光器。

  以下OFweek激光网为读者整理出光纤激光器十大技术论文。

  一、半导体激光器光纤耦合技术

  本文将半导体激光二级管(LD)发出的光更高效地注入到光纤中是光纤激光器与光纤放大器研究的先决条件。半导体激光二级管包括二极管单管、条形巴、二维堆栈和二极管阵列等,其各自的耦合技术之间有联系也有区别。分析介绍了有代表性的柱状楔形法、V型槽法、微透镜法等二极管单管与光纤的耦合技术;光纤束耦合法、光束整形法等二极管条形巴与光纤的耦合技术;以及二极管二维堆栈和二极管阵列与光纤的耦合技术等各种光纤耦合技术,比较了这些方法之间的共通点,供今后的研究人员选择和参考。

  光纤和能与光纤配套使用的激光器是构建光通信系统和光纤激光器系统的先决条件。半导体激光器,特别是半导体激光二极管(LD)可直接作为光通信用光源,也可作为激光器、放大器的泵浦源在激光工程研究领域有着十分重要的地位。随着光纤激光器输出功率的进一步提高,一个高功率光纤激光系统往往需要多个LD提供足够的泵浦功率。于是,将LD发出的光高效地耦合进光纤,以及将众多的泵浦光束高效地合成一束已成为光纤激光器研究的重要问题,引起了国内外激光器研究者及制造商的重视。光纤耦合技术包括“LD与输出尾纤的耦合技术”和“泵浦激光器尾纤与光纤激光器光纤的耦合技术”等,相对来说“LD与输出尾纤的耦合技术”方法更多,形式更灵活,有些技术稍加延伸就可推广应用在“泵浦激光器尾纤与光纤激光器光纤”的耦合中。

  半导体激光二极管(LD)包括二极管单管(Tube)、条形巴(Bar)、二维堆栈(Stack)以及二极管阵列(Array)等。随着光纤激光器和光纤放大器研究的不断深入和制作工艺的不断提高,各种更新颖的想法和更先进的光纤耦合技术层出不穷,文中细致比较了国内外各种光纤耦合技术的研究现状,总结寻找出各种光纤耦合技术之间的规律。

  1二极管单管与光纤的耦合技术

  二极管单管结构相对简单,功率较小,发光元基本上只有一个,但同样存在光束质量差,快轴、慢轴发散性差异大等问题。要想高效的将二极管单管的出射激光耦合进光纤,仍需采用一些特殊技术。

  1.1柱状锲形微透镜光纤法

  为提高光纤耦合技术的耦合效率和失配容忍度,可用带柱状楔形微透镜的多模光纤与大功率单片式LD进行耦合,有关实验表明,该方法可得到最高为87.06%的耦合效率。

  柱状楔形光纤微透镜是近年出现的一种新型光纤微透镜。首先在光纤端头通过研磨和抛光等机械加工得到楔形角,然后在楔角顶端继续通过研磨加工得到柱状微透镜。柱状楔形光纤微透镜通过楔角和柱状透镜的组合来对发散角比较大的半导体激光光束快轴方向整形,激光光束慢轴方向发散角较小,满足正弦值小于数值孔径的限制,对这个方向上的出射光束不必整形即可顺利耦合。图1所示为柱状楔形微透镜光纤与LD耦合系统结构示意图。

  图1柱状楔形微透镜光纤与半导体激光器耦合系统结构示意图

  详细请点击:半导体激光器光纤耦合技术

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