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高功率双包层光纤激光器的原理

导读: 光纤激光器是当前的热门话题。ROFIN与TRUMPF分别收购NUFERN与SPI公司发展光纤激光已四年,去年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。

  光纤激光器是当前的热门话题。ROFIN与TRUMPF分别收购NUFERN与SPI公司发展光纤激光已四年,去年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。在国内,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,相信由武汉锐科与华工科技合作研发的有自主知识产权的4KW连续波光纤激光器不久将会量产呈现在国人面前。

  较之传统光纤激光器,双包层光纤激光器采用具有双包层结构的掺杂光纤作为工作介质。泵浦光在多模内包层中传输,内包层具有大的数值孔径和横向尺寸,就使得采用多模LD阵列作为泵浦源成为可能。随着泵浦光在光纤中传输,纤芯中的掺杂介质吸收能量产生粒子数反转并产生受激跃迁,在光反馈的作用下产生激光振荡。

  双包层光纤激光器以其高输出功率、低阈值、高效率、窄线宽和可调谐等显着优势,越来越受到人们的青睐。

  双包层光纤是一种特殊结构的光纤,是双包层光纤激光器的核心。

  双包层掺杂光纤由纤芯、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,多次穿过单模纤芯被其吸收。在双包层结构中,泵浦光的吸收率和内包层的几何形状和纤芯在包层结构中的位置有关。此外,泵浦光被掺杂稀土离子的吸收率正比于内包层和外包层的面积比。

  双包层光纤激光器采用包层泵浦技术,利用高功率二极管阵列对双包层光纤进行有效地泵浦。多模泵浦光在双包层光纤的内包层中传输,纤芯的掺杂稀土离子吸收多模泵浦光并辐射出单模激光,将高功率、低亮度的泵浦光转换成衍射极限的,单模强激光输出。双包层光纤的独特结构使得泵浦光不必耦合到单模纤芯内,而是耦合到内包层中,极大地提高了耦合效率和光纤泵浦功率。再加上光纤所具有的高表面积/体积比,从而有效地消除了限制高功率激光器的激光介质热效应问题。

  双包层光纤激光激光器以其小巧灵活、全固化、低阈值以及有着衍射极限的光束质量等显着优点越来越受到人们的喜爱。双包层光纤与传统的单模光纤的区别在于,通过设计光纤结构和选择合适的材料-----内包层。以大功率多模激光器为泵浦源,通过包层泵浦技术将多模泵浦光耦合进入内包层。当泵浦源的光沿光纤内包层的纵向传播时将多次穿越纤芯,并逐渐被稀土离子所吸收,从而产生激光效应。

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