定義:輸出功率(>10W)很高的
光纖激光器和光纖放大器。
13X\PO'9 第一臺光纖
激光器的輸出功率只有幾個毫瓦,近來光纖激光器發(fā)展很快,得到高功率光纖放大器,尤其是放大器的輸出功率可以達到幾十上百瓦,甚至在某些單模光纖中得到上千瓦。這是由于光纖很大的表面積體積比(避免多余的熱)和導(dǎo)波(波導(dǎo))性質(zhì),避免了在很高溫度下的熱光效應(yīng)問題。
<:tD m 光纖激光器技術(shù)與其它的高功率固態(tài)體激光器、薄盤激光器等相比具有很大的競爭力。
AdWLab; pFZ2(b& 雙包層光纖和光束質(zhì)量
a1 I"Sh JTw3uM, e .-[d6Pnw 圖1:具有氣體包層的雙包層光纖結(jié)構(gòu)圖。
sr*3uI-)L 通常高功率光纖激光器和放大器都是采用稀土摻雜雙包層光纖,又通過光纖耦合的高功率二極管棒或者其它激光二極管泵浦。泵浦管并不是進入光纖纖芯,而是進入內(nèi)包層,也是在內(nèi)包層產(chǎn)生激光。產(chǎn)生的激光光束質(zhì)量很好,甚至可以得到衍射極限的光束質(zhì)量,需要采用單模的光纖。因此,光纖激光器輸出光的亮度比泵浦光的亮度高幾個數(shù)量級,盡管輸出功率比泵浦光小。(通常泵浦效率大于50%,有時甚至大于80%)因此這種光纖激光器可以用來作為亮度轉(zhuǎn)換器,也就是提高光亮度的裝置。
D_W,Jmet 對于特別高的功率,纖芯面積需要足夠大(參閱大模式面積光纖),因為這時光強會很高,還有一個原因就是雙包層光纖中包層與纖芯面積比值很大從而導(dǎo)致泵浦吸收很小。當(dāng)纖芯面積達到幾千平方微米的量級,采用單模纖芯是可行的。采用多模光纖,模式面積比較大時也可以得到質(zhì)量相當(dāng)好的輸出光束,這時光波主要是基模。(通過將光纖繞成圈也可以在一定程度上一直高階模式的激發(fā),高功率時的強模式耦合情況除外[14])模式面積變得更大后,光束質(zhì)量不再能保持衍射極限,但相比于例如工作于相似功率強度下的棒激光器,得到的光束質(zhì)量仍是相當(dāng)好了。
V:wx@9m) -q}c;0vL-a vp>,}nx4 注入泵浦光
%v_w"2x; T,sArKBI 關(guān)于怎樣注入非常高功率的泵浦光有幾種方式可以選擇。最簡單的方式就是直接在光纖端口泵浦包層。這種方法無需特別的光纖部件,但是高功率泵浦光需要在空氣尤其是空氣玻璃界面?zhèn)鞑ィ瑢覊m或者不對準(zhǔn)非常敏感。許多情況下,會優(yōu)先選擇使用光纖耦合的泵浦二極管,這樣泵浦光一直在光纖中傳輸。還有一種選擇是將泵浦光輸入到無源光纖中(未摻雜),將無源光纖纏繞在摻雜光纖周圍,這樣泵浦光被逐漸轉(zhuǎn)移至摻雜光纖中。有一些方法是采用專門的泵浦結(jié)合裝置,將一些泵浦光纖和摻雜信號光纖融合在一起。還有其它的方法基于邊泵浦的光纖線圈(光纖盤激光器)[3],或者在泵浦包層刻槽這樣泵浦光可以注入進去。后種技術(shù)允許泵浦光多點注入,因此可以更好的分配熱負荷。
圖2:高功率雙包層光纖放大器裝置圖,泵浦光通過自由空間進入光纖端口。氣體玻璃界面必須嚴(yán)格對準(zhǔn)和潔凈。
9\aR{e,1 所有的注入泵浦光的方法之間的比較狠復(fù)雜,因為涉及到很多方面:轉(zhuǎn)移效率,亮度損耗,易加工,靈活操作,可能的背向反射,從纖芯泄漏至泵浦
光源的光,保持偏振的選擇等。
8!T6N2O6d =WYI|3~Cz 激光器和放大器
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