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1、浅析高功率光纤激光器刖B：所谓高功率光纤激光器，是相对于光纤通讯中作为载波的低功率光纤激光器而言（功率为mW级），是定位于机械加工、激光医疗、汽车制造和军事等行业的高强度光源。高功率光纤激光器巧妙地把光纤技术与激光原理有机地融为一体，铸造了21世纪最先进和最犀利的激光器。即使是在激光技术发达的国家，光纤激光器也是尖端、神秘和充满诱惑的代名词。2002年6月，光纤激光器空降中国,震撼了中国激光学术和产业界，引起了尊至院士的深情关注！一、光纤技术光纤激光器的最大特点就是一根光纤穿到底，整台机器高度实现光纤一体化。而那些只在外部导光部分采用光纤传输或者LD泵浦源采用尾纤來耦合的激光器都不
2、是真正意义上的光纤激光器。光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维，主要广泛应用于光纤通讯，其导光原理就是光的全反射机理。普通裸光纤一般曲中心高折射率玻璃芯（芯径一般为9-62.5
3、im）、中间低折射率硅玻璃包层（芯径一般为125pm）和最外部的加强树脂涂层组成。〈见图一〉光纤可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤：屮心玻璃芯较细（直径9pm+0.5
4、im）,只能传一种模式的光，其模间色散很小，具有自选模和限模的功能。多模光纤：屮心玻璃芯较粗（50
5、im±l
6、im）,可传多种模式的光，但其模间色散较大，传输的光不纯。用于高功率光纤激光器中的光纤不是普通的通讯光纤，而是掺杂了多种稀有
7、离子、结构更为复杂、耐高辐射的特种光纤…双包层光纤。（图二）保护层-外包层•内包层纤芯外包层双包层光纤比普通光纤在纤芯外多了一个内包层，对泵浦光而言是多模的，直径和受光角较大，能大肆吸收高亮度的多模泵浦光，在光纤内聚集大量的光子。实践证明：横截面为D型和矩形的双包层光纤具有95%的耦合效率因而得到广泛应用。对于脉冲光纤激光器而言，一个重大的课题就是如何提高光纤的耐辐射能力。目前世界上光纤激光器的单脉冲能力可以达到20,000W,一根头发丝大小的光纤如何能承受如此高的激光辐射？所以必须考虑在光纤内掺杂某种特殊离子防止光纤被烧坏。比如掺杂了钟离子的光纤就是在核辐射情况下，既不会因染色而
8、失去透光能力，更不会受热变形。二、传统固体激光器激光器说口了就是一个波长转换器■-波长短的泵浦光激励掺杂离子转换成长波长的光辐射，它一般由3部分组成：工作物质、谐振腔和泵浦系统。由于光纤激光器本质上属于固体激光器，所以在此仅比较一下传统Nd:YAG激光器的特性。工作物质：工作物质是固体激光器的心脏，它的物理性质由基质材料决定，光谱性质由激活离子内的能级结构决定。在YAG单晶体中掺入三价的Nd3+,便构成了目前广泛应用的YAG激光晶体。它主要有如下明显的特点：1、YAG棒生长速度很慢，一般小于lmm/h。目前最大晶体棒的直径为40mm,长180mm,所以激光增益从根木上受到限制，无法
9、实现特高功率激光输出。2、工作物质只要是晶体就无法回避激光棒的热透镜效应、热应变和热致双折射现象，严重时出现“激光淬灭”和激光棒断裂；所以，YAG激光器效率很低。3、Nd:YAG棒的主耍吸收谱线在810nm附近，其带宽约为2nm,所以要严格控制泵浦源的线宽，否则吸收无效反而造成热损耗，所以YAG激光器一般要加庞大的冷却系统。4、由于Nd3+半径与Y3+半径不完全相符，Nd3+离子掺入YAG晶体中在结构上存有大生的缺陷造成光学瑕疵，不能够在YAG品体中掺入高浓度的Nd3+来实现高增益，这同时也是彫响激光器光学性能的根本。5、处于亚稳态能级的Nd3+离子平均寿命长为300us,其最佳Q
10、开关重复频率只能是l/300us,即3.3Khz,所以YAG激光器的Q开关一般设定为3-5Khz而无法实现高频工作。光学谐振腔：传统光学谐振腔主要由工作物质两端镀了膜的两块镜片组成，起着止反馈、选模和输出耦合的作用。比较光纤激光器独特的腔结构，传统光学谐振腔主要冇如下特点：1、由于是出两块镜片组成，谐振腔受到机械振动、热透镜效应以及晶体棒热焦距扰动影响，从而造成激光无法止常出光，需极为烦琐的调光与监控。2、腔镜对灰尘、水分和杂物十分敏感，需经常专业擦拭，否则彩响激光功率。3、腔氏氏度与输出功率是一对矛圧，光束质量与激光能量是一对矛盾；只有采取昂贵的选模/锁模腔才可以实现高质量的大功
11、率输出。4、从激光晶体激励出來的初始激光不是单模光，而是一束直径为几毫米的光束,必须通过腔镜衰减或选模机制來实现单模输出，从而降低了整体转换效率。泵浦系统：由于灯泵系统的优缺点广为人知，在此仅谈谈DPSSL的泵浦方式的某些特性:1、由于DPPSSL主要是在泵浦系统上稍作改进，它只能缓解激光棒热效应，而无法从本质上根除品体激光器的这个弊病。2、需严格控制LD的波长在808-812nm之间，要么加冷却系统，要么加波长锁定器，这是由于Nd:YAG晶体光谱特性所决定的。3、如
