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光纤激光器优点【皇家棋牌官网】,光纤激光器

时间:2019-10-01 07:53来源:家居
光纤激光器最早于1961年归功于EliasSnitzer,并于1962年由美国通用电气公司和美国国际商用机器公司的两个小组,首次演示验证了从半导体二极管发射相干光。从此以后,光纤激光器技术

光纤激光器最早于1961年归功于Elias Snitzer,并于1962年由美国通用电气公司和美国国际商用机器公司的两个小组,首次演示验证了从半导体二极管发射相干光。从此以后,光纤激光器技术的功率量级得以极大提高,达到了成熟的、“历史性的”二氧化碳激光器技术的水平。

有源光纤是在芯纤材料中掺入铒、镱等稀土离子,使光纤在泵浦光作用下传输的光信号产生直接光放大,即不再经过光-电-光的繁杂过程,这对减少维护、提高系统可靠性、延长中继距离是十分有益的,使其在长距离、大容量、高速率军用光纤通信中有着不可替代的作用。目前,比较成熟的有源光纤中掺入的稀土离子有Er3 、Nd3 、Pr3 、Tm3 和Yb3 。掺铒光纤在155μm波长处具有很高的增益,正对应低损耗通信窗口,其潜在的应用价值使其发展十分迅速。掺铒光纤芯层材料包括硅玻璃、三氧化铝、三氧化二钇、铌酸锂、单晶硅、无定形硅等。掺镨光纤是利用ZrF4为基的氟化物光纤,纤芯是PbF2/InF3为基的氟化物玻璃,包层则是InF3为基的氟化物玻璃,纤芯中掺镨Pr3 的浓度为0.05%,纤芯直径1330nm,在波长1200nm的传输损耗为250dB/km。Yb3 具有相当宽的吸收带(800nm~1064nm)以及相当宽的激发带(970nm~1200nm),因此掺镱光纤可应用于激光器,成为波长1.0μm~1.2μm的通用源。掺铥光纤激光器的激射波长为1.4μm,也是重要的光纤通信光源。最近,丹麦科技大学的科学家们采用790nm波长、59mW的钛宝石激光器泵浦一段4.7cm长的掺铥SiO2光纤,并获得激光阈值,当泵浦功率增加到590mW时,获得1mW的1735nm波长的激光输出。当前,镱/铒、镱/钬共掺杂光纤是国外有源光纤的研究热点。镱铒共掺杂光纤具有小的可以忽略不计的离子团,具有可达到5dB/cm的特别高的单位长度光增益性质。这种光纤的出现使线性二极管泵浦DBR光纤激光器具有2kHz的窄线宽成为可能,因而允许分布光纤传感器测量大于50km的距离范围(使用一般的DBF光源的测量范围仅有几百米)。悉尼大学的科学家们最近演示了在掺Ho3 光纤激光器中用镱作感光剂。虽然在晶态YAG基质中已探测到Yb3 -Ho3 感光激光系统,但研究小组首次在石英基质中演示,该激光器产生的2μm功率比以往任何掺Ho3 光纤激光器的都要高。在人眼安全波长2μm区运行的激光器在许多光谱学、遥感和军事领域的应用非常重要。Ho3 能掺杂到结晶和非结晶的基质内,在2.1μm处强烈跃迁,但在一般的抽动波长处缺乏强烈吸收。因此,常用铥作敏化剂掺杂在基质内吸收抽运光能量,转移到Ho3 ,产生粒子数反转。对于Yb3 -Ho3 系统使用石英作为基质有两个独特的优势。首先,非结晶基质比大多数基质能维持Yb3 较高的浓度。其次,在Ho3 中石英基质可使上激光能级的自然寿命长。研究人员在1m光纤中掺Ho3 约1%,掺镱约0.1%。在D形光纤末端上的二色性反射镜把975nm的抽运辐射耦合到腔,而反射2.1μm激光辐射。含氟聚合物的外包层提高耦合度,菲涅反射镜在光纤的远端充当输出反射镜。用于高功率激光器的双包层光纤是国外有源光纤研究的另一个热点。双包层光纤比普通光纤在纤芯外多了一个内包层,即由纤芯、内包层、外包层和保护层4个层次组成。纤芯的稀土离子吸收多模泵浦激光并辐射出单模激光,使高功率、低亮度激光二极管泵浦激光转换成衍射极限的强激光输出。双包层光纤与常规光纤的区别在于能提供包层波导,耦合进包层的泵浦光在其中传播,并被纤芯中的掺杂元素所吸收。最近,美国IPG公司研制出一种双包层光纤,单模纤芯由掺镱离子等元素的石英材料构成,作为激光振荡通道,内包层则由横向尺寸和数值孔径比纤芯大得多、折射率比纤芯小的纯石英材料构成。这是一种能接收多模LD泵浦光的多模光纤,由于掺杂的激活纤芯与接收多模泵浦光的多模内包层分开,因此使多模光泵浦的单模光输出成为可能,从而无形化解了激光功率和光束质量这对矛盾。该光纤具有以下特点:整个双包层光纤采用D型结构,旋光效应小,吸收充分,光光转换效率为80%以上;光纤两侧生出无数杈枝,每分杈可与带尾纤的LD无缝耦合形成分点泵浦,可极大地提高输出功率,同时又避免了传统端泵带来的一系列热效应问题;光纤由玻璃性能优异的石英材料制成,同时掺杂耐高辐射离子,整段光纤可承受高达10000W的激光能量而不会出现热损伤情况;Yb3 没有激发态吸收,可高浓度掺杂,同时光纤可达几百米,既可显著提高激光增益,又增大了散热面积;光纤盘在热沉上,简单风冷便可稳定工作;Yb3 的吸收谱比Nd3 宽10倍,对LD泵浦光源模式十分宽松,几乎不受波长温漂的影响,可提高转换效率;Yb3 能级为简单的二能级,亚稳态寿命是Nd3 的3倍,小功率泵源就可在激发态积累贮存大量的能量,十分适合于极窄的纤芯内形成高密度的离子数反转,从而可输出稳定的强激光。

激光器,朋友们有听说过吗?激光器,顾名思义是能发射激光的装置,激光器的种类有很多,而光纤激光器便是固体激光器的一种。

光纤激光器作为第三代激光技术的代表,其应用范围非常广泛,包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、金属非金属钻孔/切割/焊接等等。下面小编为大家介绍光纤激光器优点及光纤激光器工作原理。

光纤激光器应用范围非常广泛,包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设,作为其他激光器的泵浦源等等。那么光纤激光器优点有哪些,大家知道吗? 首先我们来看看什么是光纤激光器皇家棋牌官网 1 光纤激光器(Fiber Laser)是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器,光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来。在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度,造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”,当适当加入正反馈回路便可形成激光振荡输出。 【光纤激光器优点有哪些】 1、成本低且呈继续下降趋势 光纤激光器的增益介质为玻璃光纤,而玻璃光纤的制造成本很低,且玻璃光纤的技术已经很成熟。除了增益介质,另一个光纤激光器成本的主要成分是其泵浦,随着光通信技术的发展和市场容量的迅速扩大,光纤激光器的半导体泵浦呈现出降低的趋势。因此,低成本是光纤激光器的显著优点之一。光纤激光器优点 2、可具有更高的功率 激光器的功率主要限制因素之一在于散热性能,因为光纤激光器是采用光纤作增益介质,这使其在相同体积下有更大的表面积,这也使得光路散热性能十分优秀,这也意味着可承受的激光功率更高。而其他种类的激光器在考虑增加激光功率的时候,还在增益介质的散热问题上花尽心机,该特点是光纤激光器所独有的。 3、光纤路免维护皇家棋牌官网 2 光纤激光器的光路主要是由玻璃光纤和其它光纤元件组成,而光纤和光纤元件之间是通过光纤熔接技术连接,这使得激光器光路一旦完成便是一个整体。而在实践中已经被证明这样的结构可以长时间稳定地工作,无需维护,这与气体或其他固体激光器的频繁需维修性对比起来十分优秀。但它并不像半导体激光器那样不可维修,它整个光路维护维修也是可操作的。 4、对环境适应性优越 光纤和光纤元件之间是通过光纤熔接技术连接,使得整个光路完全封闭在光纤波导中,这意味着很容易实现与外界隔离,这使得激光器可远离出光点,可将激光引入到以前很难到达的地方,可非常容易移动和改变出光点,且光纤很细小且柔性强,这样以来输出光可穿过狭小的缝隙或沿细小的管道进行远距离传输。同时凭借光纤的优点,光纤激光器可以胜任任何恶劣的工作环境,对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。皇家棋牌官网 3 小编结语:以上为大家介绍了光纤激光器优点,希望对大家有所帮助。如需了解更多相关知识,请继续关注齐家网资讯平台。后续将为大家呈上更多精彩内容。

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光纤激光器优点

1、增益介质的表面积/体积比大

光纤激光器采用光纤做增益介质,具有很大的表面积/体积比,这使其具有非常好的散热性能,因此,即使非常高功率的光纤激光器,增益介质也不会受到热损害,一般无需对增益介质采取特别的散热措施,而其他种类的激光器,增益介质的散热问题是需要重点考虑的,因此,该特点是光纤激光器多独有的。

2、优异的双波导限制机制

高功率全光纤激光器采用双包层有源光纤,这种双层光纤是一种双波导结构,高功率的多模泵浦光被限制在直径较大的内包层中传输,为采用高功率廉价的多模泵浦光提供了条件,信号激光在直径很小的具有圆对称波导结构的纤芯中产生和传输,在小芯径纤芯波导的限制下,信号激光可获得理想的光束质量和极小的出光光斑直径,这是全光纤激光器独具吸引力的重要特点,在高功率激光器中,目前还没有一种激光器能够超越。优异的光束质量和极小的出光光斑直径在激光应用中具有非常重要的意义,可使后续应用设备的光学系统更简单,体积更小,工作距离更长,激光聚焦光斑更小,工作效率更高,加工深度更深,加工质量更好等等。

3、固有的全封闭柔性光路

全光纤激光器的光路全部由光纤和光纤元件构成,光纤和光纤元件之间采用光纤熔接技术连接,整个光路完全封闭在光纤波导中。这种天然的全封闭性光路一旦形成,无需另加隔离措施即可自成体系,实现与外界环境的隔离。由于光纤细小并具有很好的柔性,光路可盘绕和沿细小的管道穿行,因此,全光纤激光器能够在比较恶劣的环境下工作,输出光可穿过狭小的缝隙或沿细小的管道进行远距离传输。这些特点在工业应用中优势巨大,激光不但能适应比较恶劣的工作环境,而且可以使激光器原理出光点,可将激光引入到以前很难到达的地方,可非常容易移动和改变出光点,实现加工点公用一台激光器,可使激光加工设备的设计具有更高的灵活性等等。

4、光路具有免维护性

如前所述,全光纤激光器的关谷全部由光纤和光纤元件构成,光纤和光纤元件之间采用光纤熔接技术连接,因此,光路一旦完成,即形成一个整体,实践证明,这样形成的链接结构和连接参数将长期保持稳定,如果光纤和光纤元件本身能有长期稳定性,整个光路将长期稳定,无需维护。需要特别指出的是,这种免维护的特性并非不可维护和维修,在需要的情况下,整个光路的维护和维修同样可以进行,因此,与气体和固体激光器需要频繁的维护维修相比,全光纤激光器光路的免维护特性异常优异,而与半导体激光器的不可维修性相比,全光纤激光器的可维护性和可维修性表现出明显的优势。

5、寿命长

全光纤激光器的光路具有长期稳定性,因此,需要与之匹配的长寿命泵浦激光器才能获得整机的长寿命。发展低价格的长寿命多模泵浦激光器使发展长寿命光纤激光器的重点。单条宽发光区多模泵浦激光器就是这样一种长寿命半导体泵浦激光器,其条宽一般取100mm,基本上已经接近105/125多模光纤的纤芯直径,其有源区条宽是列阵半导体激光器的几十倍,对单一发光条来说,同样输出功率和同样注入电流情况下,其光功率密度和电流密度将降低几十倍,有源区温度也会有所降低,在忽略其他因素的前提下,单条宽发光区半导体泵浦激光器降低失效率的作用是异常显著的。目前尾纤输出功率大于5W的单条宽发光区半导体泵浦激光器的平均无故障工作时间已经达到50万小时以上。采用单条宽发光区半导体泵浦激光器作为光线激光器的泵浦源,全光纤激光器将具备长寿命的特点,因此,制作具有几十万小时得长寿命光纤激光器在技术上已经可行。

6、体积小重量轻

全光纤激光器由于光路可盘绕,光路占用空间较小,在采用单条宽发光区半导体泵浦激光器做泵浦源的情况下,泵浦激光器可分散安装,具有很好的散热特性,在安装密度不高的情况下,采用冷即可,在安装密度较高的情况下,只需少量通水即可满足散热要求,因此,全光纤激光器的体积比同样输出功率的气体和固体激光器系统更小,重量更轻。

光纤激光器工作原理

掺稀土元素的光纤放大器促进了光纤激光器的发展,因为光纤放大器可以通过适当的反馈机理形成光纤激光器。当泵浦光通过光纤中的稀土离子时.就会被稀土离子所吸收。这时吸收光子能量的稀土原子电子就会激励到较高激射能级,从而实现离子数反转,反转后的离子数就会以辐射形式从高能级转移到基态,并且释放出能量,完成受激辐射。从激发态到基态的辐射方式有2种:自发辐射和受激辐射。其中,受激辐射是一种同频率、同相位的辐射,可以形成相干性很好的激光。

激光发射是受激辐射远远超过自发辐射的物理过程,为了使这种过程持续发生,必须形成离子数反转.因此要求参与过程的能级应超过2个,同时还要有泵浦源提供能量。光纤激光器实际上也可以称为波长转换器.通过它可以将泵浦波长光转换为所需的激射波长光。例如,掺铒光纤激光器将980nm的泵浦光进行泵浦,输出1550nm的激光。激光的输出可以是连续的,也可以是脉冲形式的。激光输出是连续的还是脉冲输出形式主要依赖于激光工作介质.如果是连续形式输出,激光上能级的自发发射寿命必须高于激光下能级以获得较高的粒子数反转。如果是脉冲形式输出.激光下能级的寿命就会超过上能级,此时就会以脉冲的形式输出光纤激光器有2种激射状态:三能级和四能级激射。

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光纤激光器的应用

1、材料处理的应用

光纤激光器的材料处理是基于材料吸收激光能量的部位被加热的热处理过程。1um左右波长的激光光能很容易被金属、塑料及陶瓷材料吸收。

皇家棋牌官网,2、材料弯曲的应用

光纤激光成型或折曲是一种用于改变金属板或硬陶瓷曲率的技术。集中加热和快速自冷切导致在激光加热区域的可塑性变形,永久性改变目标工件的曲率。

3、标刻应用

脉冲光纤激光器以其优良的光束质量,可靠性,最长的免维护时间,最高的整体电光转换效率,脉冲重复频率,最小的体积。无须水冷的最简单、最灵活的使用方式,最低的运行费用使其成为在高速、高精度激光标刻方面的唯一选择。

编辑总结:关于光纤激光器优点及光纤激光器工作原理就介绍到这里了,希望对大家有所帮助。想了解更多相识,可以关注齐家网资讯。

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