单纵模光纤激光器和可开关多波长光纤激光器

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1、单纵模光纤激光器和可开关多波长光纤激光器1绪论光纤激光器是当今光电子技术研究领域中最前沿的研究课题之一。光纤激光器的研究始于20世纪60年代n删。早在1961年，美国光学公司的E．Snitzer等就在光纤激光器领域进行了开创性的工作，但由于相关条件的限制，其实验进展相对缓慢。1966年，华裔科学家高馄在他的著名论文中解决了石英光纤损耗的理论问题，提出了研制低损耗光纤的可能性。1970年，美国康宁公司研制成功了第一根低损耗光纤。而80年代英国southampton大学的S．B．Poole等用MCvD法制成了低损耗的掺饵光纤，从而为光纤激光器带来了新的前景。近二十年来随着各种光纤，特别是掺

2、杂的制作工艺不断提高，光纤激光器得到了飞速发展。光纤激光器可以分为很多种，按输出激光特性分。光纤激光器可以分为：单频光纤激光器、多波长光纤激光器、多波长可开关光纤激光器、飞秒光纤激光器、锁模光纤激光器、超连续光纤激光器、布里渊光纤激光器和拉曼光纤激光器等。其中，各种光纤激光器按输出激光特性和激光器结构又可以分为很多种。例如：单频光纤激光器又可分为短线性腔单模光纤激光器、环形腔结构光纤激光器、布里渊单频光纤激光器和波长可调单频光纤激光器等。相对于半导体激光器，光纤激光器增益介质长；具有很大的表面积体积比，易于散热；高亮度；体积小：具有很宽的光谱范围，能产生光纤低损耗传输窗口的激光；性能稳

3、定；能产生更好光束质量的激光，很容易和单模光纤连接。所以，它在光纤通信、激光加工、激光医疗、激光雷达、光纤传感等方面得到日益广泛的应用。目前，光纤激光器的研究热点问题是窄线宽高功率单频光纤激光器、高功率光纤激光器和超短脉冲光纤激光器等。从双包层光纤激光器出现到现在，它的输出功率不断提高。从1993年的0．75W口1，到1997年的35WHl，再到1999年的llOW哺1，到2004年，单根光纤的单模连续激光输出功率达到了810W∞1、1300W口1，2005年达到了2kW陋3。IPG公司的多模连续输出功率在2002年就达到lOkW。高功率光纤激光纤激光器由于其很高的能量转换效率、良好的

4、光束质量已经广泛应用于工业加工领域。例如激光切割，激光打标，金属表表面处理，激光雕刻，激光金属和半导体焊接等方面。国内有几家企业已经能生产出工业用高功率激光器产品，例如武汉锐科激光器技术有限责任公司、IPG公司和恩耐激光。超短脉冲光纤激光器在工业和科研领域有着广泛的应用，例如在第四代自由电子激光器同步光源系统里面做为时间同步光源M。窄线宽高功率光纤激光器在2000之后发展很快，输出硕士学位论文功率不断提高。目前，采用MOPA结构，这能够产生数百瓦的单频光纤激光输出。§1．1单纵模光纤激光器的应用单纵模光纤激光器从结构上来分，可分为线性腔结构和环形腔结构。线性腔结构又可分为DFB结构、D

5、BR结构和光纤光栅短线性腔结构、长线性腔结构。长线性腔结构单纵模光纤激光器需要采用扭模技术来克服空间烧孔效应，腔长越长，受温度和震动影响就越较大，输出激光频率就会变得越来越不稳定。短线性腔结构单频光纤激光器腔长很短，能有效实现单频激光输出，输出激光受温度和震动影响较小，是实现单频光纤激光器的理想腔型。近年来，随着高掺杂铒镱共掺光纤的研制成功、超窄带光纤光栅制作工艺的不断提高和短腔光纤熔接技术的提高，人们已经能制作出高功率短线性腔单频光纤激光器。目前，世界上已经有三家公司开发出了商用的C波段单频光纤激光器，商用的单频光纤激光器均采用短线性腔结构。美国NPPhotonics公司基于亚历桑纳

6、大学的科研实力，于2004年开发出了一款DBR短线性腔单频光纤激光器：法国KEOPSYS公司；丹麦Koheras公司开发的为DFB结构单频光纤激光器。环形腔结构能有效消除空间烧孔效应，通过增加掺杂光纤长度和泵浦功率、提高耦合器输出分光比能有效提高输出激光功率。但是，由于长腔结构单频光纤激光器的腔长受温度和震动影响较大，无法解决波长稳定性问题，目前还无长腔结构单频光纤激光器商品。当然，采用受激布里渊散射压缩线宽，实现超窄线宽单频光纤激光器除外。单频光纤激光器在光纤传感、CATV通信系统、高分辨率光谱测量、微波光子系统、引力波探测、激光雷达等领域得到广泛的应用。它是最近发展很快的光纤分布式

7、传感系统和光纤电流传感器的种子光源。§1．1．1光纤传感系统的光源单频光纤激光器在光纤传感系统中的应用主要是在以下几个方面。光纤布里渊传感器、光纤干涉型传感、水听器、光纤电流传感器等。本文只对它在光纤布里渊传感n∞和光纤电流传感n11方面的应用做一个简单的介绍。§1．1．1．1分布式光纤传感器单频光纤激光器在光纤布里渊传感器n们和光纤干涉型传感器n21里面都是作为传感光源。将单频激光经过一个电光或者声光调制器调制后注入到传感光纤中，经过线性和非