高功率的光纖激光器及其包層泵浦技術

雙包層光纖的出現無疑是光纖領域的一大突破,它使得高功率的光纖激光器和高功率的光放大器的製作成為現實。自1988年E Snitzer首次描述包層泵浦光纖激光器以來,包層泵浦技術已被廣泛地應用到光纖激光器和光纖放大器等領域,成為製作高功率光纖激光器首選途徑。

包層泵浦技術,由四個層次組成:①光纖芯;②內包層;③外包層;④保護層。將泵光耦合到內包層(內包層一般采用異形結構,有橢圓形、方形、梅花形、D形及其六邊形等等),光在內包層和外包層(一般設計為圓形) 之間來回反射,多次穿過單模纖芯被其吸收。這種結構的光纖不要求泵光是單模激光,而且可對光纖的全長度泵浦,因此可選用大功率的多模激光二極管陣列作泵源,將約70%以上的泵浦能量間接地耦合到纖芯內,大大提高了泵浦效率。

包層泵浦技術特性決定了該類激光器有以下幾方麵的突出性能。

1、高功率

一個多模泵浦二極管模塊組可輻射出100瓦的光功率,多個多模泵浦二極管並行設置,即可允許設計出很高功率輸出的光纖激光器。

2、無需熱電冷卻器

這種大功率的寬麵多模二極管可在很高的溫度下工作,隻須簡單的風冷,成本低。

3、很寬的泵浦波長範圍

高功率的光纖激光器內的活性包層光纖摻雜了鉺/鐿稀土元素,有一個寬且又平坦的光波吸收區(930-970nm),因此,泵浦二極管不需任何類型的波長穩定裝置

4、效率高

泵浦光多次橫穿過單模光纖纖芯,因此其利用率高。

5、高可靠性

多模泵浦二極管比起單模泵浦二極管來其穩定性要高出很多。其幾何上的寬麵就使得激光器的斷麵上的光功率密度很低且通過活性麵的電流密度亦很低。這樣一來,泵浦二極管其可靠運轉壽命超過100萬小時。

目前實現包層泵浦光纖激光器的技術概括起來可分為線形腔單端泵浦、線形腔雙端泵浦、全光纖環形腔雙包層光纖激光器三大類,不同特色的雙包層光纖激光器可由該三種基本類型拓展得到。 

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