1、高功率光纖激光器及其關(guān)鍵技術(shù)研究 光信0802 裴宏源 1課題研究的目的和意義高功率光纖激光器是光纖材料中摻雜了稀土元素，連續(xù)激光功率達到百瓦、千瓦甚至萬瓦級的光纖激光器，高功率光纖激光器已成為光通信領(lǐng)域的另一個研究熱點，能夠提供高增益 ,輸出符合光通信低損耗窗口的激光 ,并且可以用半導體激光器作為泵浦源 ,既經(jīng)濟又實惠。 高功率光纖激光器的運用非常廣泛，金屬和非金屬材料的加工與處理；激光雕刻；激光產(chǎn)品打標；激光焊接，焊縫清理；精密打孔；激光檢測和測量；激光圖形藝術(shù)成像；激光雷達系統(tǒng)，污染控制；傳感技術(shù)和空間技術(shù)；激光醫(yī)學等等。無論是工業(yè)，醫(yī)學還是軍事上得運用都非常的廣泛，是當今全世界關(guān)注的熱

2、門課題，對國家、世界和整個人類的發(fā)展，具有重大現(xiàn)實應用意義、市場價值和廣闊發(fā)展前景 2課題研究方案和主要內(nèi)容 2.1研究方案 1）光纖激光器的結(jié)構(gòu)； 2）光纖激光器的特性和相關(guān)技術(shù)； 3）高功率光纖激光器的典型應用2.2主要內(nèi)容（1）光纖激光器的結(jié)構(gòu) 工作物質(zhì)-雙包層特種光纖： 1、單模纖芯由摻鐿離子等元素的石英材料構(gòu)成，作為激光振蕩通道；而內(nèi)包層則由橫向尺寸和數(shù)值孔徑比纖芯大的多、折射率比纖芯小的純石英材料構(gòu)成，它是接受多模LD泵浦光的多模光纖；正是因為摻雜激活纖芯和接受多模泵浦光的多模內(nèi)包層分開，才得以實現(xiàn)了多模光泵浦而單模光輸出的可能，從而無形化解了激光功率和光束質(zhì)量這一矛盾。 2、整個

3、雙包層光纖采用D型等結(jié)構(gòu)，旋光效應小，吸收充分，光光轉(zhuǎn)換80%以上。 3、光纖兩側(cè)生出無數(shù)杈纖，每分衩可與帶尾纖的LD無縫耦合形成分點泵浦，可極大地提高輸出功率，同時又避免了傳統(tǒng)端泵帶來的一系列熱效應問題。光學諧振腔-光纖光柵： 1、光纖光柵是利用光纖材料的光敏性：即外界入射光子和纖芯相互作用而引起后者折射率的永久性變化，用紫外激光直接寫入法在單模光纖的纖芯內(nèi)形成的空間相位光柵，其實質(zhì)是在纖芯內(nèi)形成一個窄帶的濾光器或反射鏡。 2、光纖光柵是被刻在纖芯的兩端，當激活離子發(fā)射出一連續(xù)寬帶光傳輸?shù)焦鈻艜r，它會有選擇地反射回相應的一個窄帶光（如1064nm），并沿原傳輸光纖返回振動；其余雜光則直接透射

4、或發(fā)射到光纖外濾掉。 3、光纖光柵是在纖芯本身上刻錄的，與光纖連成一體高度融合，不占任何額外體積，無任何插損，不怕任何振動和雜物的侵入。 4、光纖光柵起著激光選頻、反饋和放大的功能，從而巧妙地取代了鏡片式傳統(tǒng)光學諧振腔，從根本上解決了震動、灰塵和潮濕等引起的一系列光路需調(diào)節(jié)的煩瑣問題。 5、一般的通訊光纖光柵是溫度敏感的，要承受高功率激光輻射，則必須采用負膨脹材料封裝光纖光柵，把溫漂系數(shù)控制在0.001nm/oC以下。 泵浦系統(tǒng)-側(cè)面泵浦： 1、采用杈纖直接熔接耦合進行側(cè)泵，一無需任何光學元件，二可避免損傷光纖端面，三是容易提高泵源的注入。 2、新穎的蜈蚣式側(cè)泵方式：光纖兩側(cè)生許多纖杈與LD尾

5、纖直接熔接，從各個不同點進行單個泵浦，可避免強激光單點引起的非線性效應和模式惡化。 3、采用多個高功率LD單管代替LD集成陣列作泵浦源，一可提高光源的模式，二是易于泵源的散熱提高壽命，三有利于維修更換。 4、采用發(fā)光面很寬的LD（100-250us）作為泵源可大大降低LD發(fā)光點所承受的光功率密度提高其壽命，一般可達100,000小時。 （2）光纖激光器的特性和相關(guān)技術(shù) 1）脈沖雙包層光纖激光器 調(diào)Q光纖激光器有被動調(diào)Q方式，主動調(diào)Q方式。 脈沖光纖放大器主要研究脈沖放大的關(guān)鍵技術(shù)，低功率雙包層光纖放大器，脈沖雙包層光纖放大器。 2）光纖激光的倍頻特性； 了解激光倍頻的基本概念，影響倍頻效率的因

6、素，倍頻特性與激光參量的關(guān)系，倍頻特性與諧波發(fā)生器的參量關(guān)系3）光纖激光器的相干合成技術(shù) 1.光譜合成，一般是通過光柵和雙色鏡等器件實現(xiàn)多個不同波長的激光器/放大器的光束合成。 2.偏振合成，一般是利用特殊的光分器將線偏振種子光源分成不同、偏振方向的幾束光，對各束光分別進行放大后再進行偏振合束，得到高功率高偏振度的激光輸出。 3.相干合成，作為激光技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點，在提高激光功率、保證良好光束質(zhì)量的同時還能將激光峰值功率提高N倍（N為合成廣的路數(shù)）。 高功率光纖激光器的典型應用 高功率光纖激光器的運用很廣泛主要有軍事運用和工業(yè)運用。 軍事運用： 光纖激光器正成為一種將來安裝在運輸飛機、地面車

7、輛，甚至可能是便攜式系統(tǒng)的有前途的武器級固體激光器系統(tǒng)的備選方案。陸軍可將高功率激光器安裝在未來戰(zhàn)斗系統(tǒng)(FCS)的地面車輛上，然后利用這種激光武器對付空對地導彈、火箭彈、迫擊炮等。空軍則可進行地對空導彈打擊、導彈防御、反衛(wèi)星等。海軍利用激光武器系統(tǒng)主要對付反艦導彈、有人機、無人機、小型艦艇等目標。海軍陸戰(zhàn)隊則可在保證附加破壞效應最小的條件下實現(xiàn)精確打擊。在防空、光電對抗等活動中，光纖激光器更有短期實現(xiàn)的可能。因為這些作戰(zhàn)模式只是對目標進行軟殺傷，比起導彈防御等對目標進行硬破壞時所要求的激光器性能稍低。工業(yè)運用：國際上采用光纖激光焊接技術(shù)在造船，汽車制造業(yè)的應用受到相當?shù)闹匾暋Ｄ壳懊绹?、歐洲等地區(qū)正在進行大功率光纖激光工業(yè)加工設(shè)備的開發(fā)，正在進行的有2KW、6KW輸出的工業(yè)級光纖激光器的加工設(shè)備