2019年光纤激光器ppt课件.ppt

《2019年光纤激光器ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章光纤激光器光纤激光器是以掺杂光纤本身为工作物质，而该光纤本身又起到导波作用的固体激光器。由工作物质、谐振腔、泵浦源三个基本部分组成。优点：散热性能好、转换效率高、激光阈值低；谐振腔可以是直接镀在端面的腔镜、或光纤耦合器、光纤圈等。可获得宽带的可调谐激光输出，并调节激光输出。光纤激光器的某些波长适用于光纤通信的低损耗窗口。本章主要内容：§1掺杂光纤§2光纤激光器的谐振腔§3掺稀土元素的光纤激光器§4超荧光光纤激光器(SFS)§1掺杂光纤一、掺杂元素掺稀土元素——镧系[Xe6S2]，外层都为为5S25P66S2镧系元素电子结构的差别只在4f壳层的电子占有数。1、掺杂浓度最佳在100pp

2、m量级。太低：掺杂离子的总有效数小于入射光子数，激发态可能被耗尽。太高：稀土离子之间出现非辐射的浓度抑制，跃迁产生激光的能级上有效粒子数减少；导致玻璃基质产生结晶效应，不利于产生激光。2、掺杂光纤的基质（1）石英玻璃石英玻璃对稀土元素离子的光谱能级的影响：产生斯塔克分裂，使得能级加宽，光谱变宽。（2）重金属氟化物玻璃优点：通光窗口宽，在300-8000nm范围透过率很高。易于成纤。易于激活，因为氟化物玻璃是稀土元素的理想宿主。二、石英光纤中掺稀土元素离子的光谱特性1、Er3+、Nd3+的电子能级4I13/24I15/2Er3+Nd3+能级分裂4F5/24F3/24F5/22、掺稀土光纤的

3、光谱特性掺钕光纤：使用800nm、900nm、530nm波长的泵浦光源，将在900nm、1060nm、1350nm波长处得到激光。掺铒光纤：使用800nm、900nm、1480nm、530nm波长的泵浦光源，将在900nm、1060nm、1536nm波长处得到激光。掺铒光纤存在最佳光纤长度（约10m）。Er3+Nd3+3、掺杂光纤的激光特性掺铒的三能级系统：基态E1、亚稳态E2、高能级E3。从E3——E1，泵浦几率为WP，跃迁几率为WP。E3非辐射——E2，几率为S32；E3自发辐射和非自发辐射——E2、E1，几率为A32、A31、S31。选择工作物质要求：A32、A31和S31S3

4、2以及S32WP(3-1)，N2N1。一般选择A21较小的工作物质。A32因此有速率方程组：dN3/dt=(N1-N3)WP-N2S32dN2/dt=N1W12+N3S32–N2W21–N2(A21+S21)N1+N2+N3=NtNt是工作介质内的总粒子数密度。这三个方程为三能级系统的速率方程组。可见，只要WP(1-3)足够大，就能实现粒子数反转，掺稀土光纤就变成激活介质，对频率为(E2-E1)/h的信号具有放大作用。一、F——P腔1，结构M1:对泵浦光高透；对激光高反M2:对激光高反（低增益系统95%；高增益系统75%）2，光传输特性理论——波动光学。假设：谐振腔内的光纤

5、伸直；为阶跃折射率弱波导光纤。§2光纤激光器的谐振腔光在腔内传输来回一次后的光强为：要保证激光在腔内振荡，要求：反射光与入射光发生干涉，为了在腔内形成稳定振荡，要求干涉加强。则腔长与波长满足(驻波条件)：增益系数平均损耗系数纵模和横模——在腔内，轴向驻波场为腔的本征模式光场。特点：与轴线垂直的横截面光场稳定均匀分布；轴线方向形成驻波，称为纵模。节数为q，为纵模序数。与轴线垂直的横截面内光场稳定分布，称为横模，用LPml表示，为线性偏振模。m为方位数，表示垂直光纤的横截面内沿圆周方向方位角从0到2光场的变化数（节线数）。l为径向模数，表示纤芯区域光场的半径方向变化数(节线数)。LP01

6、表示基模，它的角向径向节线数没有变化，为圆形光斑。二、基于定向耦合器的谐振腔和反射器1、光纤环行谐振腔泵浦光由1端进入，经耦合器进入环行腔。激励的激光与泵光无关。产生的激光由4端到3端。经耦合器分为2束：一束从2端输出；另一束由4端返回并被谐振放大；如此反复。其中储存了能量。掺杂光纤耦合器：4端出射光比1端入射光停滞后/2。2、光纤圈反射器普通单模光纤制成的耦合器的重要特性：只要在工作波长下单模运行，在两个输出端与输入端之间存在固定相位差，交叉耦合的光波比输入光波滞后相位/2。光纤圈的功率反射率R、透射率T为：从2端的透射功率总和为0：1342的的顺时针光场相位差为0，与从1

7、432的逆时针光场的相位差为π。两光场因为振幅相同、相位相反而抵消，总和为0。光从1返回。SMF3、光纤圈谐振腔光纤圈为非谐振的干涉仪结构。注意分束器的取向。其中没有能量储存。透射反射反射透射光波既可以通过另一端输出；又可以再从输入端反射。4、全光纤激光器两个光纤圈反射器串联起来组成的谐振腔，通过一条掺杂光纤熔锥而成的全光纤激光器。激光器要实现振荡，要求光纤圈提供正反馈。由此得到谐振腔的有效腔长为：L1L2L掺杂光纤三、可调谐光