什么是光纤激光器

Question

如题所述

Answer 1

什么是光纤激光器？
光纤激光器是指采用掺有稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器。这类激光器可以在光纤放大器的基础上研制而成：在泵浦光的激发下，光纤内会产生高功率密度，从而实现激光工作物质的激光能级“粒子数反转”。当加入适当的正反馈回路（构成谐振腔）时，就可以产生激光振荡输出。
光纤激光器的应用范围极其广泛，包括但不限于激光光纤通讯、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、金属和非金属材料的钻孔、切割和焊接（如铜焊、淬水、包层以及深度焊接）、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设，以及作为其他激光器的泵浦源等多个领域。
根据光纤材料的种类，光纤激光器可以分为以下几类：
1. 晶体光纤激光器：工作物质为激光晶体光纤，包括红宝石单晶光纤激光器和Nd3+：YAG单晶光纤激光器等。
2. 非线性光学型光纤激光器：包括受激喇曼散射光纤激光器和受激圆好布里渊散射光纤激光器。
3. 稀土类掺杂光纤激光器：光纤的基质材料为玻璃，通过向光纤中掺杂稀土类元素离子来激活，从而制成光纤激光器。
4. 塑料光纤激光器：通过在塑料光纤芯部或包层内掺入激光染料来制成光纤激光器。
作为第三代激光技术的代表，光纤激光器具有多项优势：
- 制造成本低、技术成熟，光纤的可绕性带来的小型化、集约化优势；
- 对入射泵浦光的相位匹配要求不高，由于玻璃基质的Stark分裂引起的非均匀展宽，使得吸收带较宽；
- 具有极低的体积面积比，散热快、损耗低，转换效率较高，激光阈值低；
- 输出激光波长多样：得益于稀土离子的丰富能级和种类；
- 可调谐性：由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽；
- 谐振腔内无光学镜片，免调节、免维护、高稳定性，这是传统激光器无法比拟的；
- 光纤导出，便于实现多维任意空间加工应用，简化机械系统设计；
- 适应恶劣工作环境，对灰尘、震动、冲击、湿度和温度的容忍度高；
- 不需热电制冷和水冷，仅需简单的风冷；
- 电光效率高，综合电光效率可达20%以上，大幅节约运行成本；
- 高功率输出，目前商用化的光纤激光器可达六千瓦。