光纤激光器的简介课件.ppt

引言 光纤激光器是在EDFA技术基础上发展起来的技术。早在1961年，美国光学公司的E.Snitzer等就在光纤激光器领域进行了开创性的工作，但由 于相关条件的限制，其实验进展相对缓慢。而80年代低损耗的掺铒光纤，从而为 光纤激光器带来了新的前景。 引言 近期，随着光纤通信系统的广泛应用和发展，超快速光电子学、非线性光学、光传感等各种领域应用的研究已得到日益重视。其中，以光纤 作基质的光纤激光器，在降低阈值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面，已明显取得进步，是目前光通信领域的新兴技术，它可以用于现有的通信系统，使之支 持更高的传输速度，是未来高码率密集波分复用系统和未来相干光通信的基础。目前光纤激光器技术是研究的热点技术之一。 光纤激光器的应用 材料处理的应用 标刻应用 激光切割的应用 材料弯曲的应用 光纤激光器原理 光纤激光器主要由泵源、耦合器、掺稀土元素光纤、谐振腔等部件构成, 结构如图所示.泵源由一个或多个大功率激光二极管构成, 其发出的泵浦光经特殊的泵浦结构祸合到作为增益介质的掺稀土元素光纤内, 泵浦波长上的光子被掺杂光纤介质吸收, 形成粒子数反转, 受激发射的光波经谐振腔镜的反馈和振荡形成激光输出 光纤激光器原理 在几乎各种光纤激光器特别是掺杂光纤激光器中，光纤光栅都发挥着十分重要的作用，利用光纤光栅构成其谐振腔的激光器结构得到了越来越多的关注。光纤光栅起着激光选频、反馈或兼有放大的功能，巧妙地取代了镜片式传统光学谐振腔，解决了光路需调节的问题;它与稀土光纤的结合使得光纤激光器真正实现了全光纤结构;它精密的频率选择性可以获得单纵模窄线宽的激光输出，还可以降低噪声;它良好的调谐特性可以使激光器形成连续可调输出;利用多反射峰的光纤光栅可以实现光纤激光器的多波长输出;如果将多反射峰与调谐性能结合起来还可以实现可选波长激光器。下面介绍一下光纤光栅的原理。 光纤光栅的耦合模理论 耦合模理论是研究光纤光栅中应用范围最广的一种方法，能够比较全面、细致、全程地描述光波藕合行为，可以用于分析DFB半导体激光器、各种波导耦合器件等多个领域中的电磁波活动。 它是以表述模场幅度如功率在传输过程中变化规律的微分方程为基础的模式理论。 光纤光栅的耦合模理论 从Maxwell方程组可以简单地推导出波导中光场所遵守的Helmholtz方程: 式中E为电场强度，k。为真空中波矢，n是介质折射率。光纤中所支持的光场模式可以表示为: 其中 Ψ为各模式的归一化横向模场分布，β为传输常数，式中的+号与—号分别代表沿z轴正反向传播的光场。 通常紫外光引起的折射率改变非常小，约为 量级，当作微扰处理是合理的。根据微扰理论，经过紫外曝光后光栅区的光场可以表示为曝光前光纤所支持的光场模式完备集的叠加: 光纤光栅的耦合模理论 分别表示沿:轴正反方向传输的第j个模式光场的慢变幅度。光栅区的折射率调制具有周期性，可以按傅立叶级数展开，且用相位掩模板或全息干涉等方法制作的光栅可近似地看作正弦调制，高次项所对应的幅度很小而被忽略，此时光纤芯区的折射率可简单地表示为: 光纤激光器原理 是折射率的调制周期，n。是紫外曝光前的纤芯折射率， 是光致折射率变化的直流分量，ν是折射率调制的条纹可见度，而 也就是折射率调 制的交流分量，必(z)则描述光栅周期的变化。同时，归一化模场分布函数满足以下方程: 在弱波导耦合条件下， 是一个缓慢变化的包络函数，它的二阶导数可忽略不计，考虑到各模式之间的正交性，可推导出光栅区各模式之间的耦合方程为： 光纤激光器原理 式中的 为第k个模式和第j个模式的横向藕合系数，可表示为 对于用单模光纤制作的Bragg光栅来说，光纤光栅中只支持正反向基模之间的藕合，近似可得到最简单常用的基模藕合方程: 其中： 光纤激光器原理 通过不同波长处的反射系数 就可得到光纤光栅对应的反射率 和群时延特性 ： 对于其它周期不均匀或折射率调制不均匀等复杂结构的光纤光栅就只能够借助于数值求解方法了。 光纤激光器的优越性 优越性主要体现在： 光纤激