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价值百万的激光行业大佬分享:光纤激光器的作用是什么?是什么组成的?

来源:www.laser08.com 时间:2022-04-13 点击:849
光纤激光器的作用是什么?是什么组成的?光纤激光器,英文名称为Fiber Laser,是一种以掺稀土金属的玻璃纤维为放大介质,产生激光的装置。光纤激光器可以在光纤放大器的基础上发展起来。由于光纤激光器的纤芯很细,并且由于泵浦光的作用,光纤内部的功率密度很高,导致激光能级出现“塔林变体”现象,有可能在输出处产生震荡。 
1、光纤激光器的结构
光纤激光器的结构类似于传统的固态激光器和气体激光器。它主要由泵浦源、放大介质和谐振器组成。其中,泵浦源通常是高功率半导体激光器,放大介质是掺杂稀土元素的光纤,谐振器由开关或光纤光栅组成。 
2、光纤激光器的工作原理
来自泵浦源的泵浦光通过玻璃进入放大器。由于放大介质是掺有稀土元素的光纤,来自泵浦的光被吸收,吸收光子能量的稀土离子发生能级跃迁,计算出粒子数。反向和反转的粒子通过谐振腔,从激发态进入基态,发射能量,形成稳定的激光输出。
到2020年,全球激光市场营业额将达到160.1亿美元,到2021年预计将达到约184亿美元,增长15%; 2020年我国玻璃纤维市场销售额将达到94.2亿元,预计到2021年将达到108.6亿元。我国有40多家研发和高速制造企业。到2021年,主要PS/FS市场规模有望达到32.6亿元。
1985 啁啾脉冲放大技术,1988 双涂层光纤技术,1997 子脉冲光纤和放大的广泛概念提出,多通道相干组合光束放大,先进的啁啾增益控制,相干脉冲电平对于超快光纤的发展至关重要。随着超快光​​纤激光器技术的发展,超快光纤激光器已成为超快激光器市场的主力军,在科研、制造、国防、医疗等领域发挥着重要作用,尤其是在精密领域。 /微/纳米加工、高脉冲能量 在食品、微动力学研究和天文学领域的优势。
工业上使用的设备主要是光纤传播控制器,如光纤脉冲分析仪、脉冲压缩网络等。为了衰减非线性效应并有效地进行功率放大,脉冲在时间级别进行处理,最终达到满足高功率输出值的峰值。
连续脉冲进入高速光纤放大器,其主放大器为双涂层掺杂光纤,但在高峰值、高能量、单模、偏压保持等应用方面有要求提高强度。因此,例如,使用具有不同波导结构特性的放大器光纤。如高场光子晶体光纤、PCF、锥形光纤、锥形光纤、3C-手性核键合光纤等,逐渐应用于工业产品。
光子晶体光纤具有大模场,支持单模传输和保偏特性。 PCF,也称为微结构光纤,具有复杂的横截面折射率分布,通常包含各种配置的孔。这些孔的大小大约等于光波的波长,并延伸到设备的整个长度上。光波传播仅限于具有低折射率的纤芯。目前PCF与普通石英光纤的熔焊比较成熟。使用市售的专业接头可以实现良好的场匹配和低损耗传输,同时满足全光纤工业产品的要求。现有的商用PCF芯径为40µm,已模块化为OEM形状,更便于集成和生产。
随着光子晶体光纤技术的发展,出现了具有更宽模态场的商用棒型PCF(rod-type PCF),由Limpert于2005年首次提出并用于各种实验。得到很好的结果。
2010年,宽带PCF(即宽带光纤,LPF)出现,孔距是波长的十倍以上,让你获得更高的性能。
Root-PCF不仅成为超快光纤激光器工业放大的关键选择之一,而且为研究项目中的多光束合成和性能提升提供了广阔的前景。 .
2016 年,Tannerman 的团队使用 8 通道空间相干合成和 4 步分脉冲放大方案,将 8 束激光在空间上组合成一束,然后将之前分离的脉冲组合成一个具有延迟的脉冲。实验中,前置放大级使用了一根芯径为72 μm的LFP光子晶体光纤棒和8根芯径为81 μm、芯径为1.1 m的LFP光纤棒。8基增强阶段。最终实现了平均功率为700 W、脉冲能量为12 mJ、脉冲持续时间为262 fs的超短脉冲输出,合成收率为78%。
2007年,密歇根大学超快光学研究中心提出手性键合纤芯3C光纤,由于其高能量范围、高峰值功率、单模和去极化特性,逐渐引起人们的关注。光纤的石英涂层中有两根纤芯,一根是轴向分布的中心纤芯,纤芯直径较大,一般在30μm以上,用于传输光信号;其他从中心轴发散并围绕中心纤维。侧铁芯采用螺旋形铁芯排列,铁芯直径比中央铁芯小,只有十微米,主要作用是控制中央铁芯的状态,将高阶态连接到侧铁芯,产生较大的损耗(大于 100 dB/m),从而可以以非常低的损耗(小于 0.1 dB/m)传输中心磁芯的基态。
密歇根大学超快光学研究中心多年来积累了大量关于 3C 光纤的研究数据。
2009年开发了一种放大系统,使用掺镱3C双包层光纤来研究其放大特性。在本实验中,获得了250 W的连续输出功率和10 ns 150 W的脉冲输出功率,脉冲能量达到0.6 mJ,峰值功率为60 kW,增益斜率效率达到74%。在这里,系统的起点也是所有功率级别的单模。
2010年,该团队将3C光纤用于主振荡器功率放大器(MOPA)结构,以提高系统的输出功率。实验中,采用 2.7 m 长的掺镱 3C 光纤作为功率放大器的增益介质,用 2.2 W 的信号光激发光纤,MOPA 结构的输出功率为 511 W。放大器为 70%。具有频率和横向状态的线性偏振光,衰减因子大于 15 dB。
2012 年,Thomas Sosnowski 等人。研究中心在 3C 33/250 µm 光纤上接收到 257 W、200 kHz、8.5 ns、1.2 mJ 的脉冲;最大脉冲功率为86.5μJ、575kW,55μm 3C光纤高能脉冲输出达到41W、8.3mJ、640kW。
3C光纤不仅用于放大超快脉冲,还可以用于放大线宽较小的连续光的功率。具有稳定的单模输出和抗非线性效应,可以提供更好的单色性和光束质量。 ,高功率和更高的连续光输出,用于B.引力波探测、多光束融合等研究。
高功率连续光纤激光器已经开发了十多年,技术和产业化正在变得过时。超快光纤激光器是由CW激光器开发的,但是速度更快,周期更短,而且是第一批专业厂家,技术越来越成熟,同时发展非常快,新的光纤技术材料和器件也在不断发展推出后,无论是PCF模式光子晶体光纤、锥形光纤、锥形光纤还是.3C手征芯连接光纤,不同波导结构的光纤都有各自的特点。对于工业或研究领域,它们直接伴随着超快纤维内部市场的发展。相信随着光纤技术的不断发展,我国的高速光纤激光器也将走在世界前列。
 
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