半导体泵浦连续光纤激光器原理实验教具方案

激光

半导体泵浦连续光纤激光器原理实验教具方案

一、实验简介        激光

对掺杂光纤作增益介质的光纤激光器的研究在20世纪60年代,斯尼泽

(Snitzer)于1963年报道了在玻璃基质中掺激活钕离子(Nd³)所制成的光纤激光器。20世纪70年代以来,人们在光纤制备技术以及光纤激光器的泵浦与谐振腔的探索方面取得了较大进展。而在20世纪80年代中期,英国南安普顿大学掺饵(Er³+)光纤的突破,使光纤激光器更具实用性,显示出十分诱人的应用前景。与固体激光器、气体激光器相比光纤激光器具有许多性能,例如光纤激光器具有输出功率高、稳定性好、光束分布均匀,易于操作等特点。由于光纤激光器采用细小而柔软的光纤作为激光增益介质,使得激光器结构紧 凑、使用寿命长、操作方便。

光纤激光器的输出波段范围在400-3400nm之间,可应用于光学数据存储、光学通信、传感技术、光谱和医学应用等多种领域。目前发展较为迅速的有光纤激光器、光纤光栅激光器、窄线宽可调谐光纤激光器以及高功率的双包层光纤激光器。

本实验教具展示了半导体泵浦连续光纤激光器的原理。

二、实验目的

展示并学习半导体泵浦连续光纤激光器的工作原理。

三、实验教具

半导体泵浦连续光纤激光器原理实验教具俯视图:

O        开关

② LED灯        O        O        O        输入光纤        O        凶

泵浦源        耦合系统        高反光栅

O

谐

增益光纤        振

腔

O        O        愉出光纟        O        输出光纟

O

准直系统

剥模器        低反光栅

激光输出        O

IN        温控(水冷)

OUT

光纤传输部分均可亮

四、半导体泵浦连续光纤激光器原理实验教具方案实验原理

1、光纤激光器的基本结构

光纤激光器主要由三部分组成:由能产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和可使激光介质处于受激状态的泵浦源装置。光纤激光器的基本结构如下图所示:

掺杂光纤

耦合光学系统        准直光学系统

LD泵浦源

光学谐振腔

图1 光纤激光器的基本结构图

增益介质为掺杂稀土离子的光纤芯,掺杂光纤放置在两个反射率经过选择的高低反光栅之间,泵浦光从光纤激光器的高反光栅耦合进入光纤,经滤波器得到输出激光。从理论上来说,只有泵浦源和增益光纤是构成光纤激光器的必须组件,谐振腔并非不可少的组件。谐振腔的选模和增加增益介质长度的作用在光纤激光器中不是必须的,因长光纤本身可以非常长,从而获得很高的单程增益,而光纤的波导效应又可以起到选模的作用。但实际应用中人们一般希

望使用较短光纤,所以多数情况下采用谐振腔。

2、光纤激光器的工作原理        激光

光纤激光器的工作原理如下:由泵浦源发出的泵浦光耦合进入增益介质

中,由于增益介质为掺稀土元素光纤,因此泵浦光被吸收,吸收光子能量的稀土离子发生能级跃迁并实现粒子反转,反转后的粒子由激光态跃迁回基态,释放能量,并形成稳定的激光输出。

光纤激光器的工作原理主要基于光纤激光器的结构特点。激光器是由工作物质、泵浦源和谐振腔三部分组成,具体作用如下:            (1)增益光纤为产生光子的增益介质;                  

(2)抽运光的作用为外部能量使增益介质达到粒子数反转,即泵浦源;    (3)光学谐振腔由两个光纤布拉格光栅组成,作用是使光子得到反馈并在工作介质中得到放大。

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