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2010-09-09 18:20

光纖激光器發(fā)展歷史與現(xiàn)狀

1962年世界上第一個GaAs半導體激光器問世以來，已有四十余年的歷史，現(xiàn)在半導體激光器已廣泛地應用于激光通信、光盤存儲、激光檢測等領域。

隨著半導體激光器連續(xù)輸出功率的日益提高，其應用范圍也不斷擴大，其中大功率半導體激光器泵浦的固體激光器（DPSSL）是它最大的應用領域之一。這一技術綜合了半導體激光器與固體激光器的優(yōu)點，不僅將半導體激光器的波長轉換為固體激光器的波長，而且伴隨光束質量的改善和光譜線寬的壓縮，以及實現(xiàn)脈沖輸出等。半導體激光器體積小、重量輕，直接電子注入具有很高的量子效率，可以通過調整組份和控制溫度得到不同的波長與固體激光材料的吸收波長相匹配，但它本身的光束質量較差，且兩個方向不對稱，橫模特性也不盡理想。而固體激光器的輸出光束質量較高，有很高的時間和空間相干性，光譜線寬與光束發(fā)散角比半導體激光小幾個量級。對于DPSSL，是吸收波長短的高能量光子，轉化為波長較長的低能量光子，這樣總有一部分能量以無輻射躍遷的方式轉換為熱。這部分熱能量將如何從塊狀激光介質中散發(fā)、排除成為半導體泵浦固體激光器的關鍵技術。為此，人們開始探索增大散熱面積的方法。

方法之一就是將激光介質做成細長的光纖形狀。

所謂光纖激光器就是用光纖作激光介質的激光器，1964年世界上第一代玻璃激光器就是光纖激光器。由于光纖的纖芯很細，一般的泵浦源（例如氣體放電燈）很難聚焦到芯部。所以在以后的二十余年中光纖激光器沒有得到很好的發(fā)展。隨著半導體激光器泵浦技術的發(fā)展，以及光纖通信蓬勃發(fā)展的需要，1987年英國南安普頓大學及美國貝爾實驗室實驗證明了摻鉺光纖放大器（EDFA）的可行性。它采用半導體激光光泵摻鉺單模光纖對光信號實現(xiàn)放大，現(xiàn)在這種EDFA已經成為光纖通信中不可缺少的重要器件。由于要將半導體激光泵浦入單模光纖的纖芯（一般直徑小于10um），要求半導體激光也必須為單模的，這使得單模EDFA難以實現(xiàn)高功率，報道的最高功率也就幾百毫瓦。

為了提高功率，1988年左右有人提出光泵由包層進入。初期的設計是圓形的內包層，但由于圓形內包層完美的對稱性，使得泵浦吸收效率不高，直到九十年代初矩形內包層的出現(xiàn)，使激光轉換效率提高到50％，輸出功率達到5瓦。1999年用四個45瓦的半導體激光器從兩端泵浦，獲得了110瓦的單模連續(xù)激光輸出。近兩年，隨著高功率半導體激光器泵浦技術和雙包層光纖制作工藝的發(fā)展，光纖激光器的輸出功率逐步提高，目前采用單根光纖，已經實現(xiàn)了1000瓦的激光輸出。