光纤激光人才急缺：美国建培训中心培养专业人员

2013-08-09 00:04

　　泵浦耦合的重点在于将泵浦光耦合进入内包层，使它与光纤的吸收相匹配，进入纤芯产生粒子束反转，获得纤芯内的受激辐射。基于光纤内的掺杂以及光纤长度，纤芯具有不同的增益。这是设计所需要的泵浦结构所需要考虑的问题。

　　单模光纤中会存在功率限制。单模光纤纤芯具有很小的横截面积，结果可以通过高强度光。在高功率密度时，非线性布里渊散射将变得非常严重，限制kW量级输出功率。如果输出足够高，那么光纤端面将受到损坏。

　　光纤作为工作介质拥有很长的作用长度，有利于二极管泵浦，也使得光子转换效率很高，为紧凑、坚固的设计提供了条件。当光纤器件都熔接到一起，就不会有分立的器件需要调节。

　　有一些特殊结构的光纤激光器。光纤激光器可以实现单通道放大，其可以同时放大不同波长光广泛应用于通信领域。光纤放大也用于MOPA结构，目的是产生更高功率的激光输出。另一个例子是光纤放大自发辐射光源。还有一个例子是拉曼光纤激光器，一些新的研究正使用氟化物玻璃光纤代替传统的石英光纤。

　　然而，通常使用石英玻璃来制作光纤。主要的掺杂元素有镱(Yb)和铒(Er)。Yb中心波长在1030～1080nm间，能获得宽波段的激光输出。Yb没有像Nd一样在很高的密度下产生自猝灭效应，即使它们能产生相似波段的激光，Nd被用于传统激光器Yb却被用于光纤激光器。

　　掺铒光纤激光器工作波长为1530～1620nm，属于人眼安全波段。可以倍频产生780nm的激光，这是不能以其他方式获得的波段。而且Yb可以与Er一同掺杂，这样Yb吸收泵浦光并传输能量到Er。铥是另外一种掺杂元素能够产生近红外波段(1750～2100nm)的激光，也是一种人眼安全材料。

　　高效率

　　光纤激光是准三能级系统。光子受激跃迁从基态到较高能级，然后光子再跃迁到亚稳态能级，产生激光。这个过程十分高效：如使用940nm泵源泵浦掺Yb光纤，产生1030nm激光的量子数亏损(损耗能量)仅有9%，如表1所示，而用808nm泵源泵浦Nd离子，量子数亏损约为24%。Er能在1480或980nm波段被泵浦，后者不是那么高效，但更为实用。

　　总的来说激光效率由两个因素决定。第一是泵源的效率。半导体激光器的电－光转换效率在50%左右，在实验室可达到70%或更高。当泵浦光和激光的吸收峰匹配良好，那么得到的就是泵浦效率。第二是光－光转换效率。在小光子缺陷、高激发、高提取效率的情况下，可获得光－光转换效率60%～70%，此时电－光效率25%～35%。