在光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)纖(xian)(xian)芯中(zhong)摻入(ru)稀土離(li)子(zi)(zi),泵(beng)(beng)浦(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)通過(guo)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)時,纖(xian)(xian)芯中(zhong)的(de)稀土離(li)子(zi)(zi)吸收泵(beng)(beng)浦(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang),躍遷(qian)到(dao)(dao)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)上能(neng)級,產生粒子(zi)(zi)數反轉。反轉后的(de)粒子(zi)(zi)在自發(fa)(fa)(fa)輻射光(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)或者特別注入(ru)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)誘導下以(yi)受激(ji)輻射躍遷(qian)到(dao)(dao)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)下能(neng)級,同時發(fa)(fa)(fa)射出與誘導光(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)相同的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi),這(zhe)樣的(de)過(guo)程雪崩般發(fa)(fa)(fa)生,于是發(fa)(fa)(fa)射出激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)。這(zhe)就是光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器的(de)基本原(yuan)理。選擇在光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)中(zhong)摻稀土離(li)子(zi)(zi)構成(cheng)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器,部(bu)分(fen)原(yuan)因就是稀土離(li)子(zi)(zi)的(de)吸收范(fan)圍正(zheng)好與半導體激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器的(de)輻射范(fan)圍重合,因而能(neng)方便(bian)地采用(yong)成(cheng)本低廉的(de)、工藝(yi)較(jiao)為成(cheng)熟的(de)半導體激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器作(zuo)為泵(beng)(beng)浦(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)源。
光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)(de)基本(ben)結(jie)構(gou)由增益介(jie)質(zhi)、諧(xie)振腔(qiang)(qiang)與(yu)泵浦(pu)源組(zu)(zu)(zu)成。增益介(jie)質(zhi)為摻有(you)稀(xi)土離(li)子的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)芯(xin),摻雜光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)放(fang)置(zhi)在兩個反射率經過選(xuan)擇的(de)(de)(de)腔(qiang)(qiang)鏡之(zhi)間,泵浦(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)從(cong)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)切割(ge)機激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)(de)左邊腔(qiang)(qiang)鏡耦合進(jin)入(ru)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian),經準(zhun)直光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學系統和濾波器(qi)得到輸出激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)。從(cong)理論(lun)上來說,只有(you)泵浦(pu)源和增益光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)是構(gou)成光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)(de)必須組(zu)(zu)(zu)件,而(er)諧(xie)振腔(qiang)(qiang)并非必不(bu)可(ke)缺的(de)(de)(de)組(zu)(zu)(zu)件。諧(xie)振腔(qiang)(qiang)的(de)(de)(de)選(xuan)模(mo)和增加增益介(jie)質(zhi)長(chang)度的(de)(de)(de)作用(yong)在激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)切割(ge)機光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)中是可(ke)以(yi)不(bu)用(yong)的(de)(de)(de),因長(chang)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)本(ben)身可(ke)以(yi)非常長(chang) ,從(cong)而(er)獲得很高的(de)(de)(de)單(dan)程增益,而(er)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)的(de)(de)(de)波導效應又可(ke)以(yi)起到選(xuan)模(mo)的(de)(de)(de)作用(yong)。但實際(ji)應用(yong)中人們一般希望使用(yong)較短光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian),所以(yi)多數(shu)情況下(xia)采用(yong)諧(xie)振腔(qiang)(qiang),以(yi)引(yin)入(ru)反饋。
光纖激光器的優(you)點(dian)
與傳統(tong)的(de)氣體(ti)激光器(qi)和固體(ti)激光器(qi)相比,以摻雜光纖為工(gong)作介質的(de)光纖激光器(qi)具(ju)有以下(xia)優點:
①增益介質的表面積(ji)/體(ti)積(ji)比大
光(guang)(guang)(guang)纖(xian)激光(guang)(guang)(guang)器采用光(guang)(guang)(guang)纖(xian)做增(zeng)益介(jie)(jie)質,具(ju)有(you)很大(da)的表面(mian)積(ji)/體積(ji)比(bi),這(zhe)使(shi)其具(ju)有(you)非常好的散(san)(san)熱(re)性能,因(yin)此,即(ji)使(shi)非常高功率的光(guang)(guang)(guang)纖(xian)激光(guang)(guang)(guang)器,增(zeng)益介(jie)(jie)質也不會受到熱(re)損害,一般無需(xu)對(dui)增(zeng)益介(jie)(jie)質采取特別的散(san)(san)熱(re)措(cuo)施,而其他種類(lei)的激光(guang)(guang)(guang)器,增(zeng)益介(jie)(jie)質的散(san)(san)熱(re)問題是(shi)需(xu)要重點考(kao)慮(lv)的,因(yin)此,該特點是(shi)光(guang)(guang)(guang)纖(xian)激光(guang)(guang)(guang)器多獨(du)有(you)的。
②優異的雙(shuang)波導限制(zhi)機制(zhi)
高(gao)功率(lv)(lv)全光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)采用(yong)雙(shuang)包層(ceng)有(you)源光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖,這種雙(shuang)層(ceng)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖是一種雙(shuang)波導(dao)結構,高(gao)功率(lv)(lv)的(de)(de)(de)(de)多模泵浦(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)被(bei)限(xian)制在直(zhi)徑較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)(de)內(nei)包層(ceng)中(zhong)傳輸(shu),為采用(yong)高(gao)功率(lv)(lv)廉價(jia)的(de)(de)(de)(de)多模泵浦(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)提供了條件,信號激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)在直(zhi)徑很(hen)小的(de)(de)(de)(de)具(ju)有(you)圓對稱波導(dao)結構的(de)(de)(de)(de)纖芯(xin)中(zhong)產生和(he)傳輸(shu),在小芯(xin)徑纖芯(xin)波導(dao)的(de)(de)(de)(de)限(xian)制下(xia),信號激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)可獲得理(li)想的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束質量(liang)和(he)極小的(de)(de)(de)(de)出光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)斑直(zhi)徑,這是全光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)獨具(ju)吸(xi)引力(li)的(de)(de)(de)(de)重要(yao)特點,在高(gao)功率(lv)(lv)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)中(zhong),目前還沒有(you)一種激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)能夠超越。優異的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)束質量(liang)和(he)極小的(de)(de)(de)(de)出光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)斑直(zhi)徑在激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)應用(yong)中(zhong)具(ju)有(you)非常重要(yao)的(de)(de)(de)(de)意義,可使(shi)后續應用(yong)設備的(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學系統更(geng)(geng)簡(jian)單,體積更(geng)(geng)小,工(gong)(gong)作距離更(geng)(geng)長,激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)聚焦光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)斑更(geng)(geng)小,工(gong)(gong)作效(xiao)率(lv)(lv)更(geng)(geng)高(gao),加(jia)(jia)工(gong)(gong)深度更(geng)(geng)深,加(jia)(jia)工(gong)(gong)質量(liang)更(geng)(geng)好等等。
③固有的全封閉柔(rou)性光(guang)路
全(quan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)路(lu)全(quan)部由光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)和(he)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)元(yuan)件構(gou)成(cheng)(cheng),光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)和(he)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)元(yuan)件之間采用光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)熔接(jie)技術連接(jie),整個光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)路(lu)完全(quan)封閉在(zai)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)波導中。這種天然的(de)(de)(de)全(quan)封閉性(xing)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)路(lu)一(yi)旦形成(cheng)(cheng),無需另加(jia)隔離措施(shi)即可自成(cheng)(cheng)體系,實(shi)現與(yu)外界環境(jing)的(de)(de)(de)隔離。由于光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)細小并具有很好的(de)(de)(de)柔性(xing),光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)路(lu)可盤繞和(he)沿細小的(de)(de)(de)管(guan)(guan)道穿行,因(yin)此,全(quan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器能夠在(zai)比較(jiao)惡劣的(de)(de)(de)環境(jing)下(xia)工(gong)(gong)(gong)作,輸出光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)可穿過狹小的(de)(de)(de)縫隙或沿細小的(de)(de)(de)管(guan)(guan)道進行遠距離傳輸。這些(xie)特點(dian)(dian)在(zai)工(gong)(gong)(gong)業應(ying)用中優勢巨大,激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)不但能適應(ying)比較(jiao)惡劣的(de)(de)(de)工(gong)(gong)(gong)作環境(jing),而且可以使激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器原(yuan)理出光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)點(dian)(dian),可將激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)引入到以前很難到達(da)的(de)(de)(de)地方,可非常容(rong)易(yi)移動和(he)改(gai)變出光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)點(dian)(dian),實(shi)現加(jia)工(gong)(gong)(gong)點(dian)(dian)公用一(yi)臺激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器,可使激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)加(jia)工(gong)(gong)(gong)設(she)備的(de)(de)(de)設(she)計(ji)具有更高的(de)(de)(de)靈(ling)活性(xing)等等。
④光路(lu)具有免(mian)維(wei)護性
如前所述,全光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)的(de)關谷全部由光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)和(he)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)元(yuan)件構成(cheng),光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)和(he)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)元(yuan)件之間采用光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)熔接(jie)技術連接(jie),因此(ci),光(guang)(guang)(guang)(guang)路一旦(dan)完(wan)成(cheng),即形成(cheng)一個整體,實踐證明(ming)(ming),這(zhe)樣(yang)形成(cheng)的(de)鏈(lian)接(jie)結構和(he)連接(jie)參數將長期保持穩定,如果(guo)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)和(he)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)元(yuan)件本(ben)身(shen)能有長期穩定性(xing)(xing),整個光(guang)(guang)(guang)(guang)路將長期穩定,無(wu)需維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)護(hu)(hu)。需要特(te)別指(zhi)出(chu)的(de)是(shi),這(zhe)種免維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)護(hu)(hu)的(de)特(te)性(xing)(xing)并非不(bu)可(ke)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)護(hu)(hu)和(he)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)修(xiu),在需要的(de)情況(kuang)下,整個光(guang)(guang)(guang)(guang)路的(de)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)護(hu)(hu)和(he)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)修(xiu)同樣(yang)可(ke)以進行,因此(ci),與氣體和(he)固體激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)需要頻繁的(de)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)護(hu)(hu)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)修(xiu)相比,全光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)光(guang)(guang)(guang)(guang)路的(de)免維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)護(hu)(hu)特(te)性(xing)(xing)異常優異,而與半導體激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)的(de)不(bu)可(ke)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)修(xiu)性(xing)(xing)相比,全光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)(xian)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)的(de)可(ke)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)護(hu)(hu)性(xing)(xing)和(he)可(ke)維(wei)(wei)(wei)(wei)(wei)修(xiu)性(xing)(xing)表現出(chu)明(ming)(ming)顯的(de)優勢(shi)。
⑤壽命長
全光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)路具有長期穩(wen)定(ding)性,因此,需要與之匹(pi)配的(de)(de)(de)長壽(shou)(shou)(shou)命(ming)(ming)(ming)泵(beng)浦(pu)(pu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)才能獲得(de)整機的(de)(de)(de)長壽(shou)(shou)(shou)命(ming)(ming)(ming)。發(fa)展低(di)(di)價(jia)格(ge)的(de)(de)(de)長壽(shou)(shou)(shou)命(ming)(ming)(ming)多(duo)模(mo)泵(beng)浦(pu)(pu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)使發(fa)展長壽(shou)(shou)(shou)命(ming)(ming)(ming)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)(de)重(zhong)點(dian)。單(dan)(dan)條(tiao)寬(kuan)(kuan)(kuan)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)區(qu)多(duo)模(mo)泵(beng)浦(pu)(pu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)就是(shi)這樣一種長壽(shou)(shou)(shou)命(ming)(ming)(ming)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)泵(beng)浦(pu)(pu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi),其(qi)條(tiao)寬(kuan)(kuan)(kuan)一般取(qu)100mm,基本(ben)上已經接近105/125多(duo)模(mo)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖的(de)(de)(de)纖芯直(zhi)徑,其(qi)有源區(qu)條(tiao)寬(kuan)(kuan)(kuan)是(shi)列陣半(ban)導(dao)體(ti)(ti)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)(de)幾十倍(bei),對單(dan)(dan)一發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)條(tiao)來說,同(tong)樣輸(shu)出功(gong)率和同(tong)樣注入電流情況下(xia),其(qi)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)功(gong)率密度(du)和電流密度(du)將降低(di)(di)幾十倍(bei),有源區(qu)溫度(du)也會有所降低(di)(di),在忽略其(qi)他因素(su)的(de)(de)(de)前提下(xia),單(dan)(dan)條(tiao)寬(kuan)(kuan)(kuan)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)區(qu)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)泵(beng)浦(pu)(pu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)降低(di)(di)失效率的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)是(shi)異常顯著的(de)(de)(de)。目前尾纖輸(shu)出功(gong)率大于5W的(de)(de)(de)單(dan)(dan)條(tiao)寬(kuan)(kuan)(kuan)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)區(qu)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)泵(beng)浦(pu)(pu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)(de)平均(jun)無故障工作(zuo)時間已經達到50萬(wan)小時以(yi)上。采用(yong)單(dan)(dan)條(tiao)寬(kuan)(kuan)(kuan)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)區(qu)半(ban)導(dao)體(ti)(ti)泵(beng)浦(pu)(pu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)作(zuo)為光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)線(xian)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)(de)(de)泵(beng)浦(pu)(pu)源,全光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)將具備長壽(shou)(shou)(shou)命(ming)(ming)(ming)的(de)(de)(de)特點(dian),因此,制作(zuo)具有幾十萬(wan)小時得(de)長壽(shou)(shou)(shou)命(ming)(ming)(ming)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)在技術上已經可行(xing)。
⑥體積(ji)小重量輕(qing)
全光(guang)(guang)(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)由(you)于光(guang)(guang)(guang)路(lu)可(ke)盤繞(rao),光(guang)(guang)(guang)路(lu)占用(yong)(yong)空間較小(xiao),在(zai)采用(yong)(yong)單(dan)條寬發光(guang)(guang)(guang)區(qu)半導體(ti)泵浦激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)做(zuo)泵浦源的(de)情(qing)況(kuang)下,泵浦激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)可(ke)分散(san)安裝,具有(you)很好的(de)散(san)熱特性(xing),在(zai)安裝密度不高(gao)的(de)情(qing)況(kuang)下,采用(yong)(yong)冷(leng)即可(ke),在(zai)安裝密度較高(gao)的(de)情(qing)況(kuang)下,只需少量(liang)通水即可(ke)滿足散(san)熱要求,因此,全光(guang)(guang)(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)體(ti)積比同樣輸出功率(lv)的(de)氣體(ti)和固體(ti)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)系統更(geng)小(xiao),重量(liang)更(geng)輕(qing)。