單縱模光纖激光器和可開關(guān)多波長光纖激光器

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1、單縱模光纖激光器和可開關(guān)多波長光纖激光器1緒論光纖激光器是當(dāng)今光電子技術(shù)研究領(lǐng)域中最前沿的研究課題之一。光纖激光器的研究始于20世紀(jì)60年代n刪。早在1961年，美國光學(xué)公司的E．Snitzer等就在光纖激光器領(lǐng)域進行了開創(chuàng)性的工作，但由于相關(guān)條件的限制，其實驗進展相對緩慢。1966年，華裔科學(xué)家高餛在他的著名論文中解決了石英光纖損耗的理論問題，提出了研制低損耗光纖的可能性。1970年，美國康寧公司研制成功了第一根低損耗光纖。而80年代英國southampton大學(xué)的S．B．Poole等用MCvD法制成了低損耗的摻餌光纖，從而為光纖激光器帶來了新的前景。近二十年來隨著各種光纖，特別是摻

2、雜的制作工藝不斷提高，光纖激光器得到了飛速發(fā)展。光纖激光器可以分為很多種，按輸出激光特性分。光纖激光器可以分為：單頻光纖激光器、多波長光纖激光器、多波長可開關(guān)光纖激光器、飛秒光纖激光器、鎖模光纖激光器、超連續(xù)光纖激光器、布里淵光纖激光器和拉曼光纖激光器等。其中，各種光纖激光器按輸出激光特性和激光器結(jié)構(gòu)又可以分為很多種。例如：單頻光纖激光器又可分為短線性腔單模光纖激光器、環(huán)形腔結(jié)構(gòu)光纖激光器、布里淵單頻光纖激光器和波長可調(diào)單頻光纖激光器等。相對于半導(dǎo)體激光器，光纖激光器增益介質(zhì)長；具有很大的表面積體積比，易于散熱；高亮度；體積?。壕哂泻軐挼墓庾V范圍，能產(chǎn)生光纖低損耗傳輸窗口的激光；性能穩(wěn)

3、定；能產(chǎn)生更好光束質(zhì)量的激光，很容易和單模光纖連接。所以，它在光纖通信、激光加工、激光醫(yī)療、激光雷達、光纖傳感等方面得到日益廣泛的應(yīng)用。目前，光纖激光器的研究熱點問題是窄線寬高功率單頻光纖激光器、高功率光纖激光器和超短脈沖光纖激光器等。從雙包層光纖激光器出現(xiàn)到現(xiàn)在，它的輸出功率不斷提高。從1993年的0．75W口1，到1997年的35WHl，再到1999年的llOW哺1，到2004年，單根光纖的單模連續(xù)激光輸出功率達到了810W∞1、1300W口1，2005年達到了2kW陋3。IPG公司的多模連續(xù)輸出功率在2002年就達到lOkW。高功率光纖激光纖激光器由于其很高的能量轉(zhuǎn)換效率、良好的

4、光束質(zhì)量已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工領(lǐng)域。例如激光切割，激光打標(biāo)，金屬表表面處理，激光雕刻，激光金屬和半導(dǎo)體焊接等方面。國內(nèi)有幾家企業(yè)已經(jīng)能生產(chǎn)出工業(yè)用高功率激光器產(chǎn)品，例如武漢銳科激光器技術(shù)有限責(zé)任公司、IPG公司和恩耐激光。超短脈沖光纖激光器在工業(yè)和科研領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，例如在第四代自由電子激光器同步光源系統(tǒng)里面做為時間同步光源M。窄線寬高功率光纖激光器在2000之后發(fā)展很快，輸出碩士學(xué)位論文功率不斷提高。目前，采用MOPA結(jié)構(gòu)，這能夠產(chǎn)生數(shù)百瓦的單頻光纖激光輸出?！?．1單縱模光纖激光器的應(yīng)用單縱模光纖激光器從結(jié)構(gòu)上來分，可分為線性腔結(jié)構(gòu)和環(huán)形腔結(jié)構(gòu)。線性腔結(jié)構(gòu)又可分為DFB結(jié)構(gòu)、D

5、BR結(jié)構(gòu)和光纖光柵短線性腔結(jié)構(gòu)、長線性腔結(jié)構(gòu)。長線性腔結(jié)構(gòu)單縱模光纖激光器需要采用扭模技術(shù)來克服空間燒孔效應(yīng)，腔長越長，受溫度和震動影響就越較大，輸出激光頻率就會變得越來越不穩(wěn)定。短線性腔結(jié)構(gòu)單頻光纖激光器腔長很短，能有效實現(xiàn)單頻激光輸出，輸出激光受溫度和震動影響較小，是實現(xiàn)單頻光纖激光器的理想腔型。近年來，隨著高摻雜鉺鐿共摻光纖的研制成功、超窄帶光纖光柵制作工藝的不斷提高和短腔光纖熔接技術(shù)的提高，人們已經(jīng)能制作出高功率短線性腔單頻光纖激光器。目前，世界上已經(jīng)有三家公司開發(fā)出了商用的C波段單頻光纖激光器，商用的單頻光纖激光器均采用短線性腔結(jié)構(gòu)。美國NPPhotonics公司基于亞歷桑納

6、大學(xué)的科研實力，于2004年開發(fā)出了一款DBR短線性腔單頻光纖激光器：法國KEOPSYS公司；丹麥Koheras公司開發(fā)的為DFB結(jié)構(gòu)單頻光纖激光器。環(huán)形腔結(jié)構(gòu)能有效消除空間燒孔效應(yīng)，通過增加摻雜光纖長度和泵浦功率、提高耦合器輸出分光比能有效提高輸出激光功率。但是，由于長腔結(jié)構(gòu)單頻光纖激光器的腔長受溫度和震動影響較大，無法解決波長穩(wěn)定性問題，目前還無長腔結(jié)構(gòu)單頻光纖激光器商品。當(dāng)然，采用受激布里淵散射壓縮線寬，實現(xiàn)超窄線寬單頻光纖激光器除外。單頻光纖激光器在光纖傳感、CATV通信系統(tǒng)、高分辨率光譜測量、微波光子系統(tǒng)、引力波探測、激光雷達等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。它是最近發(fā)展很快的光纖分布式

7、傳感系統(tǒng)和光纖電流傳感器的種子光源?！?．1．1光纖傳感系統(tǒng)的光源單頻光纖激光器在光纖傳感系統(tǒng)中的應(yīng)用主要是在以下幾個方面。光纖布里淵傳感器、光纖干涉型傳感、水聽器、光纖電流傳感器等。本文只對它在光纖布里淵傳感n∞和光纖電流傳感n11方面的應(yīng)用做一個簡單的介紹?！?．1．1．1分布式光纖傳感器單頻光纖激光器在光纖布里淵傳感器n們和光纖干涉型傳感器n21里面都是作為傳感光源。將單頻激光經(jīng)過一個電光或者聲光調(diào)制器調(diào)制后注入到傳感光纖中，經(jīng)過線性和非