高功率的光纖激光器和放大器
定義：輸出功率（>10W）很高的光纖激光器和光纖放大器。 N?Q+ >
第一臺(tái)光纖激光器的輸出功率只有幾個(gè)毫瓦，近來(lái)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(dá)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(wèn)題。 3rW|kkn
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(jìng)爭(zhēng)力。 z;f2*F
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雙包層光纖和光束質(zhì)量 .T<= z
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[attachment=129666] 圖1：具有氣體包層的雙包層光纖結(jié)構(gòu)圖。 OVzt\V*+%W
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(guò)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(jìn)入光纖纖芯，而是進(jìn)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(gè)數(shù)量級(jí)，盡管輸出功率比泵浦光小。（通常泵浦效率大于50%，有時(shí)甚至大于80%）因此這種光纖激光器可以用來(lái)作為亮度轉(zhuǎn)換器，也就是提高光亮度的裝置。 $4kH3+WJ
對(duì)于特別高的功率，纖芯面積需要足夠大（參閱大模式面積光纖），因?yàn)檫@時(shí)光強(qiáng)會(huì)很高，還有一個(gè)原因就是雙包層光纖中包層與纖芯面積比值很大從而導(dǎo)致泵浦吸收很小。當(dāng)纖芯面積達(dá)到幾千平方微米的量級(jí)，采用單模纖芯是可行的。采用多模光纖，模式面積比較大時(shí)也可以得到質(zhì)量相當(dāng)好的輸出光束，這時(shí)光波主要是基模。（通過(guò)將光纖繞成圈也可以在一定程度上一直高階模式的激發(fā)，高功率時(shí)的強(qiáng)模式耦合情況除外[14]）模式面積變得更大后，光束質(zhì)量不再能保持衍射極限，但相比于例如工作于相似功率強(qiáng)度下的棒激光器，得到的光束質(zhì)量仍是相當(dāng)好了。 2"P 99$"
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注入泵浦光 bK"SKV
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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(jiǎn)單的方式就是直接在光纖端口泵浦包層。這種方法無(wú)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�，�?duì)灰塵或者不對(duì)準(zhǔn)非常敏感。許多情況下，會(huì)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(wú)源光纖中（未摻雜），將無(wú)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(hào)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(jìn)去。后種技術(shù)允許泵浦光多點(diǎn)注入，因此可以更好的分配熱負(fù)荷。[attachment=129667] 圖2：高功率雙包層光纖放大器裝置圖，泵浦光通過(guò)自由空間進(jìn)入光纖端口。氣體玻璃界面必須嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)和潔凈。 *K!|@h{60
所有的注入泵浦光的方法之間的比較狠復(fù)雜，因?yàn)樯婕暗胶芏喾矫妫恨D(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。 K%<j=c
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激光器和放大器 EF7+ *Q9
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理論上產(chǎn)生高功率激光最簡(jiǎn)單的方法是采用幾個(gè)鏡子直接構(gòu)建一個(gè)腔激光器。然而，通常高功率光纖裝置會(huì)與激光放大器結(jié)合起來(lái)，也就是采用MOFA結(jié)構(gòu)（主振蕩光纖激光器）。這種結(jié)構(gòu)具有一些優(yōu)點(diǎn)。低功率的種子激光在線寬、激光噪聲、波長(zhǎng)調(diào)諧、脈沖產(chǎn)生等方面的性質(zhì)比較容易控制，激光器腔內(nèi)功率則更高一些（盡管作為高增益裝置，光纖激光器允許很強(qiáng)的輸出耦合）。另外，采用調(diào)制器方案更好，這樣可以把各級(jí)的放大器連起來(lái)。在有些情況，尤其是采用種子激光器的情況，通常采用多級(jí)放大器，這時(shí)在放大器鏈上模式面積和泵浦功率都逐漸增大。 h!~3Dw>,N
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