光纤激光器的原理、特点及其发展前景

泵浦源LD所产生的泵浦光经过透镜耦合系统准直、聚焦后入射到双包层光纤的前端，经过光纤前端的二色镜进入有着大数值孔径和大横向尺寸的内包层，并沿着光纤传输，在传输过程中激发掺杂纤芯中的稀土离子产生受激跃迁，并形成粒子数反转，在达到形成激光振荡所需要的条件后，从光纤的另一端输出激光。非球面透镜耦合系统的作用是将多模半导体激光器输出的光束变换成为适合在双包层光纤中传输的光束。前腔镜用于将后向的激光反射回到光纤中去，后腔镜的作用是把剩余泵浦激光反射回到光纤包层中去继续参与泵浦，并反射部分信号激光回到光纤纤芯参与激光振荡，进行谐振放大。

由于采用双包层光纤的特殊结构，双包层光纤激光器除了具有结构简单、体积小、散热性好、输出激光光束质量好等一些光纤激光器的优点外，还有着一些独特的优点：

（1） 双包层光纤作为波导介质，纤芯直径非常小，在纤芯内限制了极少数的激光模式，很容易形成高功率密度，且内包层结构能保证大功率半导体泵浦，因而可以提高泵浦效率，实现高增益。双包层光纤的特殊结构降低了激光器的工作阈值，提高了泵浦光转换效率。纤芯的几何尺寸限制了在光纤内传输的光的模式，选择适合的增益光纤就可以使激光实现单模运转，同时保证输出光束的质量。

（2） 由于双包层光纤具有很高的“表面积/体积”比，散热效果好，环境温度允许在－20～70摄氏度，无需庞大的水冷系统，高功率运转时也需要风冷。冷却系统的简化降低了激光器的成本，极大地提高了激光器的稳定性和工作寿命，平均无故障时间在10000h甚至100000h以上。又由于双包层光纤具有良好的柔性，双包层光纤激光器可以设计得相当小巧、结构紧凑、易于集成，可以在高冲击、强振动、高温度、有灰尘等相对恶劣的环境中工作，特别适用于对功率要求较高的特殊环境。

（3） 双包层光纤激光器具有良好的光谱特性。通过改变双包层光纤纤芯内的掺杂物质或者掺杂物质的组分（如镱/钕共掺），可以实现不同波长的激光输出。同时对于某单一掺杂物质，输出的光谱特性也受到基质材料的影响。

（4） 双包层光纤激光器本质上是一种光纤器件，因此，它能以较高的耦合效率与目前的光纤通信系统中的光纤器件（如光纤耦合器、光纤反射镜、光纤光栅、光纤放大器、波分复用器等）连接。将光纤激光器用在现有的通信系统上，可以支持更高的传输速率，也是未来高码率密集波分复用系统以及未来相干通信的基础。

参考文献： 1.赵尚弘，占生宝，石磊；.《高功率光纤激光技术》，科学出版社，2009，1~10、152~157；

2.申人升， 张玉书， 杜国同等；光纤激光器研究进展Latest Development of Fiber Lasers，大连理工大学物理与光电工程学院学报，2009年01期002；