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第五章 光纤激光器
光纤激光器是以掺杂光纤本身为工作物质，而该光纤本身又起到导波作用的固体激光器。由工作物质、谐振腔、泵浦源三个基本部分组成。
优点：
散热性能好、转换效率高、激光阈值低；
谐振腔可以是直接镀在端面的腔镜、或光纤耦合器、中储存了能量。
掺杂光纤
耦合器： 4端出射光比1端入射光停滞后/2。
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2、光纤圈反射器
普通单模光纤制成的耦合器的重要特性：只要在工作波长下单模运行，在两个输出端与输入端之间存在固定相位差，交叉耦合的光波比输入光波滞后相位 /2。
光纤圈的功率反射率R、透射率T为：
从2端的透射功率总和为0：
134 2 的的顺时针光
场相位差为0，与从1 4  3 
2的逆时针光场的相位差为π。
两光场因为振幅相同、相位相反
而抵消，总和为0 。光从1返回。
SMF
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3、光纤圈谐振腔
光纤圈为非谐振的干涉仪结构。注意分束器的取向。其中没有能量储存。
透射
反射
反射
透射
光波既可以通过另一端输出；又可以再从输入端反射。
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4、全光纤激光器
两个光纤圈反射器串联起来组成的谐振腔，通过一条掺杂光纤熔锥而成的全光纤激光器。
激光器要实现振荡，要求光纤圈提供正反馈。由此得到谐振腔的有效腔长为：
L1
L2
L
掺杂光纤
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三、可调谐光纤激光器
光纤激光器有较宽的波长调节范围，比染料激光器的化学性质更稳定，不需低温运行，潜在应用价值显著。
1，反射镜+光栅形式可调谐输出谐振腔
使用闪耀光栅，若对激光中心的闪耀级次为M级，闪耀角为，光栅常数为d，则光栅方程为：
只要转动衍射光栅，使光束相对于光栅法线的入射角在 附近变化，就能实现调节波长。

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可调谐激光器
采用这种结构，利用氩离子激光器的514nm的光作为泵浦光，分别激励掺铒光纤及掺钕光纤,可调谐的波长范围分别为25nm和80nm。
由于分束器与光学元器件带来了腔内损耗，导致阈值功率提高。
14 nm
11 nm
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四、(反射镜+光纤圈反射器形式)可调谐输出激光器
光纤圈的功率反射率为：
激光反射率大于95%
泵浦光反射率为5%
通过改变温度来调节光纤圈的反射率，使掺杂光纤达到激光谐振放大。
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五、窄带输出的光纤激光器
通过光纤光栅的选模作用： 达到窄带输出。B是布拉格波长， d是光栅周期，ne是有效折射率。
nm
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六、光纤Fox-Smith谐振腔
一般地，1——4段及1——3段的谐振频率不同。复合腔的纵模频率间隔为：
选择适当的l3、l4以致于在
整个荧光线宽内只有一个
纵模在振荡。则可以实现
单纵模运转。
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§ 掺稀土元素的光纤激光器
以980 nm的半导体光源作为泵浦源；
掺Er 3+光纤中Er 3+的受激辐射产生Laser。
一、掺Er 3+光纤激光器的示例1、Er 3+的三能级系统
能级分裂
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由合适长度的掺Er 3+光纤、980nm大功率半导体激光器泵浦源和谐振腔构成。
世界上第一台掺Er 3+光纤激光器由英国南安谱敦大学的L. Reekie教授于1987年实现。
斜率效率
=输出功率/吸收功率% =%
输入镜
输出镜
吸收功率 mW
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二、掺Nd3+光纤激光器的示例
由合适长度的掺Nd 3+光纤、800nm大功率半导体激光器泵浦源和谐振腔构成。
世界上第一台掺Nd 3+. Mears教授于1985年实现。
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4F 5/2
4F 3/2
Er 3+ 、Nd 3+的吸收与辐射
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GaAs激光二极管的输出功率 mW
光纤激光器输出功率/mW
泵浦功率与光纤激光器的输出功率
优点：
不需要水冷即可工作；
不容易饱和。
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分类：
根据泵浦光与超荧光传播方向的异同，以及光纤两端是否存在反射分类。
§ 超荧光光纤激光器(Superfluorescent Fiber source)
单程反向
双程前向
单程前向
双程反向
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原理：
由于泵浦光的激励，粒子数反转。如果亚稳态的粒子自发辐射，产生光子的传输在光纤接收角内，就