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        华锻光纤激光切割机之——双包层光纤激光器高功率的原理

        日期:2015年8月6日 13:56

          光纤激光器是当前的热门话题。华锻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。

          华锻的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。

          华锻所用的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。。

          双包层光纤激光器最容易实现的结构为线性腔、端泵浦的形式,即在双包层光纤的两端加上激光双色镜,经过耦合系统的泵浦光从双包层光纤的一端进入光纤,产生的信号光在两个腔镜和双包层光纤组成的谐振腔中进行激光振荡,得到模式优质的激光输出。

          泵浦源LD所产生的泵浦光经过透镜耦合系统准直、聚焦后入射到双包层光纤的前端,经过光纤前端的二色镜进入有着大数值孔径和大横向尺寸的内包层,并沿着光纤传输,在传输过程中激发掺杂纤芯中的稀土离子产生受激跃迁,并形成粒子数反转,在达到形成激光振荡所需要的条件后,从光纤的另一端输出激光。非球面透镜耦合系统的作用是将多模半导体激光器输出的光束变换成为适合在双包层光纤中传输的光束。前腔镜用于将后向的激光反射回到光纤中去,后腔镜的作用是把剩余泵浦激光反射回到光纤包层中去继续参与泵浦,并反射部分信号激光回到光纤纤芯参与激光振荡,进行谐振放大。

          由于采用双包层光纤的特殊结构,双包层光纤激光器除了具有结构简单、体积小、散热性好、输出激光光束质量好等一些光纤激光器的优点外,还有着一些独特的优点:

          (1) 双包层光纤作为波导介质,纤芯直径非常小,在纤芯内限制了极少数的激光模式,很容易形成高功率密度,且内包层结构能保证大功率半导体泵浦,因而可以提高泵浦效率,实现高增益。双包层光纤的特殊结构降低了激光器的工作阈值,提高了泵浦光转换效率。纤芯的几何尺寸限制了在光纤内传输的光的模式,选择适合的增益光纤就可以使激光实现单模运转,同时保证输出光束的质量。

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