超短脈沖光纖激光器是一種主要通過(guò)鎖模技�(shù)�(shí)�(xiàn)光纖激光器的超短脈沖激光輸出的光纖激光器,在精密加工、醫(yī)�(xué)、軍事等�(lǐng)域具有廣闊的�(yīng)用前景�
�(shí)域上, 超短脈沖激光產(chǎn)生是開展�(shí)-頻域精密控制的前提和基礎(chǔ). 至今,小于 5 fs 的鎖模鈦寶石激光器已有�(bào)�,�(jīng)�(guò)腔內(nèi)色散啁啾�(bǔ)�,脈沖寬度�(dá)到光周期量級(jí). 這樣的超短脈�,可以廣泛�(yīng)用于研究高功率脈沖情況下的各種非線性現(xiàn)�.然�, 由于受本身結(jié)�(gòu)和成本的制約,超短脈沖固體激光器大多用于科學(xué)研究. � 1960 � �(shí)�(xiàn)將鉺,�,銩等稀土離子摻�(jìn)玻璃中后,光纖激光器的研制就成為了可�.不久 以后,釹離子成功的被摻雜到了光纖波�(dǎo)的芯徑中.由于釹離子作為激光增益介�(zhì)� 有很高的效率,所�,早期的光纖激光器都是以釹離子為基�(chǔ),工作波長(zhǎng)� 1064 nm. 直到 1980 �,鉺離子摻雜技�(shù)的成�,基于摻鉺離子的光纖激光器越來(lái)越受到人們的 �(guān)�.最主要的原因就是摻鉺光纖激光的工作波長(zhǎng)� 1550 nm 附近,正好�(duì)�(yīng)于單� 光纖的最小損耗波�,非常適用于光纖通信系統(tǒng).之后,其它波段的摻稀土離�,� 如摻�,摻銩,摻鐿,摻鐠的光纖同樣研制成�,將光纖激光器的輸出波�(zhǎng)�(kuò)展到� 它波�.近幾年來(lái),得益于半�(dǎo)體泵浦激光器和光纖高摻雜技�(shù)的發(fā)�,基于摻稀� 離子的超短脈沖光纖激光器越來(lái)越受到人們的重視.光纖激光器由于其在�(jié)�(gòu),成本 上的�(yōu)�(shì),已經(jīng)在科�(xué)研究和工�(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)�.目前為止,�(bào)道的最� 的光纖激光器的脈沖寬度為 28 fs.
相對(duì)于傳�(tǒng)的固體激光器,光纖激光器具有不可比擬的優(yōu)�(shì).光纖激光器摻雜技 �(shù)�(jiǎn)�,激光傳輸損耗低,與泵浦光耦合效率�.光纖激光器采用光纖作為傳輸介質(zhì), 可以與其它光纖器件兼�,減少了激光器所占的空間.而且光器件之間采取直接熔� 的方�,相對(duì)于固體激光器而言�(wú)需�(fù)雜的光路�(diào)整系�(tǒng).由于光通信器件的成�, 激光器成本也可以大大降�.一般單模光纖的芯徑� 8 μm, 所以光在芯徑內(nèi)傳播�(shí)� 功率密度通常很高,非線性作用很�(qiáng),非常適合用于�(chǎn)生鎖模振蕩器.
目前開發(fā)的光纖激光器主要采用摻稀土元素的光纖作為增益介質(zhì)+ 比較成熟的有源光纖中摻入的稀土離子有Er3+、Yb3+、Nd3+、Pr3+、Tm3+、Ho3+�%光纖激光器由泵浦源& 增益介質(zhì)腔鏡組成�
基本�(jié)�(gòu)如圖(所示)其中LD�(fā)出的泵浦光經(jīng)光纖耦合器�(jìn)入光纖,使光纖中摻雜元素原子激�(fā)%腔鏡為二色鏡,反射輸出激光,�(duì)泵浦光增�% 與固體激光器相同,光纖激光器也是根據(jù)鎖模原理�(chǎn)生短脈沖激光輸出的% 光纖激光器在增益帶寬內(nèi)的大量縱模上�(yùn)�(zhuǎn)�(shí),當(dāng)各縱模相位同步,任意相鄰縱模相位差為常數(shù)�(shí)�(shí)�(xiàn)鎖模,諧振腔�(nèi)循環(huán)的單�(gè)脈沖�(jīng)�(guò)輸出耦合器輸出能�%根據(jù)鎖模方式不同,可分為主動(dòng)鎖模光纖激光器和被�(dòng)鎖模光纖激光器%由于主動(dòng)鎖模�(diào)制能力有�,限制了鎖模脈沖的寬�,脈沖寬度通常�+ ,量級(jí)%被動(dòng)�?;蜃枣i模光纖激光器是利用光纖或其它元件中的非線性光�(xué)效應(yīng)�(shí)�(xiàn)鎖模�,激光器�(jié)�(gòu)�(jiǎn)�,在一定條件下不需要插入任何調(diào)制元件就可以�(shí)�(xiàn)自啟�(dòng)鎖模工作。通常自啟�(dòng)被動(dòng)鎖模光纖激光器可以輸出/,量級(jí)的超短脈沖�
由塊狀工作物質(zhì)及各種光�(xué)元件組成的傳�(tǒng)固體激光器存在體積�、質(zhì)量大、結(jié)�(gòu)�、可靠性差等缺�(diǎn)%而光纖激光器有以下特�(diǎn)�
1 增益介質(zhì)�(zhǎng)� 能方便地延長(zhǎng)增益�(zhǎng)度使抽運(yùn)光充分吸�,光-光轉(zhuǎn)換效率超�(guò)60%
2 光纖激光器表面�/體積比大,其工作物質(zhì)的熱�(fù)荷相�(dāng)小,光纖中的�(chǎng)主要約束在纖芯內(nèi),使纖芯中的�(chǎng)�(qiáng)很大,加之光纖的低損耗又使這種高光�(qiáng)可以保持很長(zhǎng)距離,能�(chǎn)生甚高亮度和甚高峰值功� (140nW/cm2)
3 易實(shí)�(xiàn)單模、單頻運(yùn)�(zhuǎn)和超短脈�
4 光纖激光器體積小且�(jié)�(gòu)�(jiǎn)�,工作物�(zhì)為柔性介�(zhì),使用方�
5 激光器可在很寬光譜范圍�(nèi)�455~3500nm)設(shè)�(jì)與運(yùn)�,使光纖激光器可調(diào)%由于光纖激光器具有以上特點(diǎn),因此采用光纖作為振蕩器�(chǎn)生超短脈沖激光比傳統(tǒng)固體激光放大器更具�(yōu)�(shì)�
超短脈沖激光器最直接的應(yīng)用就是作為超快光源,形成多種�(shí)間分辨光譜技�(shù)和泵�/探測(cè)技�(shù),作為飛秒固體激光放大器的種子光源,可用于光纖型光參量振蕩器與放大器系統(tǒng),并可使用周期性極化鈮酸鋰(PPLN)�(jìn)行高效倍頻或頻率轉(zhuǎn)換。它的發(fā)展帶�(dòng)了物�、化�(xué)、生物、材料與信息科學(xué)的研究�(jìn)入微觀超快�(guò)程領(lǐng)�。超短脈沖光纖激光器在通信、軍�、工�(yè)加工、醫(yī)�(xué)、光信息處理、全色顯示和激光印刷等�(lǐng)域具有廣闊的�(yīng)用前��
超短光脈沖發(fā)生技�(shù)是實(shí)�(xiàn)超高速OTDM系統(tǒng)的必要條件之一。發(fā)送的信號(hào)光脈沖越窄N 單位�(shí)間內(nèi)�(fā)送的脈沖就越多N 傳輸?shù)男畔⒘烤驮酱�?/FONT>
模同步摻鉺光纖環(huán)形激光器溫度�(wěn)定N �(chǎn)生的脈沖幾乎�(méi)有啁啾,在高頻條件下,不需要�(jìn)行啁啾補(bǔ)償或脈沖壓縮就能�(chǎn)�10ps%以下的超短脈沖�
若將光纖激光器的輸出功率提高到千瓦�(shù)量級(jí),并開發(fā)高亮�� 光照面積小的系統(tǒng)就可以作為激光防御武器替代目前看好的化學(xué)激光器� 激光波�(zhǎng)�1080nm附近的摻鐿光纖激光器的效率和功率密度在材料加工方面可與傳�(tǒng)的YAG激光器相媲�� 功率超過(guò)幾瓦的光纖激光器在顯微外科手�(shù)中能為外科手�(shù)提供較大的高能輻射源�
新型的光纖結(jié)�(gòu)� 高儲(chǔ)能的光纖材料和性能更好的光纖飛秒光脈沖展寬�� 壓縮器使超短脈沖光纖激光器向著脈寬更窄� 功率更高的方向發(fā)�。特別是以光纖光�� 濾波�� 光子晶體光纖等為基礎(chǔ)的新型光纖器件的出現(xiàn),為光纖激光器的設(shè)�(jì)提供了新的對(duì)策和思路。覆層泵浦技�(shù)� 摻鐿石英光纖的應(yīng)用為�(shí)�(xiàn)高功率超短脈沖光纖激光器帶來(lái)了希�。目前光纖激光器的研�(fā)正向著多功能�� �(shí)用化� 小型化方向發(fā)展�
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