在光(guang)(guang)(guang)(guang)纖纖芯中摻入(ru)稀土離子(zi)(zi),泵(beng)(beng)浦光(guang)(guang)(guang)(guang)通(tong)過光(guang)(guang)(guang)(guang)纖時,纖芯中的(de)稀土離子(zi)(zi)吸收(shou)泵(beng)(beng)浦光(guang)(guang)(guang)(guang),躍(yue)遷(qian)到激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)上(shang)能級,產生粒子(zi)(zi)數反(fan)轉。反(fan)轉后的(de)粒子(zi)(zi)在自發輻(fu)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(dao)下(xia)以(yi)受激(ji)(ji)輻(fu)射躍(yue)遷(qian)到激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)下(xia)能級,同(tong)時發射出(chu)與誘導(dao)光(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi)相同(tong)的(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)子(zi)(zi),這(zhe)樣的(de)過程(cheng)雪崩般發生,于是發射出(chu)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)。這(zhe)就是光(guang)(guang)(guang)(guang)纖激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)基本原理。選擇(ze)在光(guang)(guang)(guang)(guang)纖中摻稀土離子(zi)(zi)構(gou)成(cheng)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi),部分原因就是稀土離子(zi)(zi)的(de)吸收(shou)范圍正好與半導(dao)體(ti)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)的(de)輻(fu)射范圍重合,因而能方便(bian)地采(cai)用成(cheng)本低廉的(de)、工藝較為(wei)成(cheng)熟的(de)半導(dao)體(ti)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)作為(wei)泵(beng)(beng)浦光(guang)(guang)(guang)(guang)源。
光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器的(de)(de)基(ji)本結構由增(zeng)益(yi)介(jie)質、諧(xie)(xie)振腔(qiang)與泵(beng)浦(pu)源(yuan)組成(cheng)。增(zeng)益(yi)介(jie)質為摻有稀土離子的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)芯,摻雜光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)放置(zhi)在兩個反(fan)射率(lv)經過選擇的(de)(de)腔(qiang)鏡之間,泵(beng)浦(pu)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)從光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)切(qie)割機激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器的(de)(de)左邊(bian)腔(qiang)鏡耦合進(jin)入光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian),經準(zhun)直光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)學系統和(he)(he)濾波器得(de)到輸出激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)。從理論上來說,只有泵(beng)浦(pu)源(yuan)和(he)(he)增(zeng)益(yi)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)是構成(cheng)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器的(de)(de)必(bi)須(xu)組件,而諧(xie)(xie)振腔(qiang)并非(fei)(fei)必(bi)不(bu)可(ke)缺的(de)(de)組件。諧(xie)(xie)振腔(qiang)的(de)(de)選模和(he)(he)增(zeng)加(jia)增(zeng)益(yi)介(jie)質長度的(de)(de)作用(yong)(yong)(yong)在激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)切(qie)割機光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器中是可(ke)以(yi)(yi)不(bu)用(yong)(yong)(yong)的(de)(de),因長光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)本身可(ke)以(yi)(yi)非(fei)(fei)常(chang)長 ,從而獲得(de)很高的(de)(de)單程增(zeng)益(yi),而光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)的(de)(de)波導效(xiao)應又可(ke)以(yi)(yi)起到選模的(de)(de)作用(yong)(yong)(yong)。但實際(ji)應用(yong)(yong)(yong)中人們一般希望使用(yong)(yong)(yong)較短光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian),所(suo)以(yi)(yi)多數情況下采用(yong)(yong)(yong)諧(xie)(xie)振腔(qiang),以(yi)(yi)引入反(fan)饋。
光纖激(ji)光器(qi)的優點
與(yu)傳(chuan)統的氣(qi)體激(ji)光(guang)(guang)器和(he)固體激(ji)光(guang)(guang)器相比,以摻(chan)雜光(guang)(guang)纖(xian)為工作介質(zhi)的光(guang)(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)(guang)器具有以下優點:
①增(zeng)益介(jie)質的表面積/體積比大
光(guang)(guang)(guang)纖(xian)激光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)采用光(guang)(guang)(guang)纖(xian)做(zuo)增益介質(zhi),具有很大的表面積/體(ti)積比,這使其(qi)具有非常(chang)好的散(san)熱(re)性能,因(yin)此,即使非常(chang)高(gao)功率的光(guang)(guang)(guang)纖(xian)激光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi),增益介質(zhi)也不會受到(dao)熱(re)損(sun)害,一般無需對(dui)增益介質(zhi)采取特(te)別(bie)的散(san)熱(re)措施,而其(qi)他種(zhong)類的激光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi),增益介質(zhi)的散(san)熱(re)問題(ti)是(shi)需要重(zhong)點考慮的,因(yin)此,該(gai)特(te)點是(shi)光(guang)(guang)(guang)纖(xian)激光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)多獨有的。
②優(you)異的雙(shuang)波導(dao)限制機制
高功(gong)率(lv)全光(guang)(guang)(guang)(guang)纖激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)采用(yong)雙(shuang)包(bao)(bao)層(ceng)有(you)源光(guang)(guang)(guang)(guang)纖,這種(zhong)(zhong)(zhong)雙(shuang)層(ceng)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖是一種(zhong)(zhong)(zhong)雙(shuang)波(bo)(bo)導結構,高功(gong)率(lv)的(de)(de)(de)多模泵浦光(guang)(guang)(guang)(guang)被限(xian)(xian)制(zhi)(zhi)在(zai)(zai)直(zhi)徑較大(da)的(de)(de)(de)內包(bao)(bao)層(ceng)中傳輸(shu),為采用(yong)高功(gong)率(lv)廉價的(de)(de)(de)多模泵浦光(guang)(guang)(guang)(guang)提供了條件,信(xin)號(hao)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)在(zai)(zai)直(zhi)徑很小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)具(ju)有(you)圓(yuan)對稱波(bo)(bo)導結構的(de)(de)(de)纖芯(xin)中產(chan)生和傳輸(shu),在(zai)(zai)小(xiao)(xiao)芯(xin)徑纖芯(xin)波(bo)(bo)導的(de)(de)(de)限(xian)(xian)制(zhi)(zhi)下(xia),信(xin)號(hao)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)可獲(huo)得理想的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)質量(liang)(liang)和極(ji)小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)出光(guang)(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)(guang)斑直(zhi)徑,這是全光(guang)(guang)(guang)(guang)纖激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)獨具(ju)吸引力的(de)(de)(de)重要特點(dian),在(zai)(zai)高功(gong)率(lv)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)中,目(mu)前還沒有(you)一種(zhong)(zhong)(zhong)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)能夠超越(yue)。優異(yi)的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)束(shu)質量(liang)(liang)和極(ji)小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)出光(guang)(guang)(guang)(guang)光(guang)(guang)(guang)(guang)斑直(zhi)徑在(zai)(zai)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)應(ying)用(yong)中具(ju)有(you)非常重要的(de)(de)(de)意(yi)義,可使后續應(ying)用(yong)設備的(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)學系統更(geng)簡單,體積更(geng)小(xiao)(xiao),工作距離更(geng)長,激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)聚焦光(guang)(guang)(guang)(guang)斑更(geng)小(xiao)(xiao),工作效率(lv)更(geng)高,加工深(shen)度更(geng)深(shen),加工質量(liang)(liang)更(geng)好等等。
③固有(you)的全(quan)封(feng)閉柔性光(guang)路(lu)
全(quan)光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)的光(guang)(guang)(guang)路全(quan)部由(you)光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)和光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)元件(jian)構成(cheng),光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)和光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)元件(jian)之間采用光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)熔(rong)接(jie)技術連接(jie),整個光(guang)(guang)(guang)路完全(quan)封(feng)(feng)閉(bi)在光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)波導中(zhong)。這種天然的全(quan)封(feng)(feng)閉(bi)性光(guang)(guang)(guang)路一(yi)旦形成(cheng),無需另(ling)加(jia)隔(ge)離措施即(ji)可(ke)自成(cheng)體系,實(shi)現與外界環境(jing)的隔(ge)離。由(you)于光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)細小(xiao)(xiao)并具有很好的柔性,光(guang)(guang)(guang)路可(ke)盤(pan)繞和沿(yan)細小(xiao)(xiao)的管道穿行(xing),因(yin)此,全(quan)光(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)能夠在比(bi)較(jiao)惡(e)劣(lie)的環境(jing)下工(gong)作,輸(shu)(shu)出(chu)光(guang)(guang)(guang)可(ke)穿過狹(xia)小(xiao)(xiao)的縫隙(xi)或沿(yan)細小(xiao)(xiao)的管道進行(xing)遠距離傳輸(shu)(shu)。這些特(te)點在工(gong)業應用中(zhong)優勢巨大,激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)不但能適應比(bi)較(jiao)惡(e)劣(lie)的工(gong)作環境(jing),而且可(ke)以使激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)原(yuan)理出(chu)光(guang)(guang)(guang)點,可(ke)將激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)引入到以前很難(nan)到達的地方,可(ke)非常容易移(yi)動(dong)和改變出(chu)光(guang)(guang)(guang)點,實(shi)現加(jia)工(gong)點公用一(yi)臺激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi),可(ke)使激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)加(jia)工(gong)設備的設計具有更高的靈活性等等。
④光路具(ju)有免(mian)維護性
如(ru)前所述,全(quan)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)激光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)的關谷全(quan)部(bu)由光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)和(he)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)元件(jian)構(gou)成,光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)和(he)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)元件(jian)之(zhi)間(jian)采用光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)熔接技(ji)術(shu)連接,因此,光(guang)(guang)(guang)(guang)路(lu)(lu)一旦完成,即(ji)形(xing)(xing)成一個整(zheng)體,實踐證明,這樣形(xing)(xing)成的鏈接結構(gou)和(he)連接參數將(jiang)長(chang)期(qi)保(bao)持穩(wen)(wen)定(ding)(ding),如(ru)果光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)和(he)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)元件(jian)本(ben)身(shen)能有長(chang)期(qi)穩(wen)(wen)定(ding)(ding)性(xing)(xing),整(zheng)個光(guang)(guang)(guang)(guang)路(lu)(lu)將(jiang)長(chang)期(qi)穩(wen)(wen)定(ding)(ding),無需維(wei)(wei)(wei)護(hu)。需要(yao)特(te)(te)別指出的是,這種(zhong)免維(wei)(wei)(wei)護(hu)的特(te)(te)性(xing)(xing)并非不可維(wei)(wei)(wei)護(hu)和(he)維(wei)(wei)(wei)修(xiu)(xiu),在需要(yao)的情況下,整(zheng)個光(guang)(guang)(guang)(guang)路(lu)(lu)的維(wei)(wei)(wei)護(hu)和(he)維(wei)(wei)(wei)修(xiu)(xiu)同樣可以進行(xing),因此,與氣體和(he)固體激光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)需要(yao)頻繁的維(wei)(wei)(wei)護(hu)維(wei)(wei)(wei)修(xiu)(xiu)相(xiang)(xiang)比(bi),全(quan)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)激光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)光(guang)(guang)(guang)(guang)路(lu)(lu)的免維(wei)(wei)(wei)護(hu)特(te)(te)性(xing)(xing)異(yi)常(chang)優(you)異(yi),而與半導體激光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)的不可維(wei)(wei)(wei)修(xiu)(xiu)性(xing)(xing)相(xiang)(xiang)比(bi),全(quan)光(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)激光(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)的可維(wei)(wei)(wei)護(hu)性(xing)(xing)和(he)可維(wei)(wei)(wei)修(xiu)(xiu)性(xing)(xing)表(biao)現出明顯的優(you)勢。
⑤壽命長
全光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)路(lu)具有(you)(you)長(chang)期穩定(ding)性,因此(ci),需要與(yu)之匹配的(de)(de)(de)(de)(de)(de)長(chang)壽(shou)命(ming)泵浦(pu)(pu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)才能(neng)獲得整機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)長(chang)壽(shou)命(ming)。發(fa)展低(di)(di)(di)價格(ge)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)長(chang)壽(shou)命(ming)多(duo)模泵浦(pu)(pu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)使發(fa)展長(chang)壽(shou)命(ming)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重點(dian)。單(dan)條(tiao)寬(kuan)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)區(qu)(qu)多(duo)模泵浦(pu)(pu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)就是(shi)(shi)這樣(yang)一(yi)種長(chang)壽(shou)命(ming)半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)泵浦(pu)(pu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi),其(qi)(qi)條(tiao)寬(kuan)一(yi)般(ban)取(qu)100mm,基本上已(yi)經接近105/125多(duo)模光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)纖(xian)(xian)芯直徑(jing),其(qi)(qi)有(you)(you)源(yuan)區(qu)(qu)條(tiao)寬(kuan)是(shi)(shi)列陣半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)幾(ji)十(shi)倍,對單(dan)一(yi)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)條(tiao)來說(shuo),同樣(yang)輸出(chu)功率和(he)同樣(yang)注入電流(liu)(liu)情況下(xia),其(qi)(qi)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)功率密度(du)(du)和(he)電流(liu)(liu)密度(du)(du)將(jiang)降低(di)(di)(di)幾(ji)十(shi)倍,有(you)(you)源(yuan)區(qu)(qu)溫度(du)(du)也會(hui)有(you)(you)所降低(di)(di)(di),在忽略其(qi)(qi)他因素的(de)(de)(de)(de)(de)(de)前(qian)提下(xia),單(dan)條(tiao)寬(kuan)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)區(qu)(qu)半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)泵浦(pu)(pu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)降低(di)(di)(di)失效率的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)(zuo)用(yong)是(shi)(shi)異常(chang)顯著的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。目前(qian)尾纖(xian)(xian)輸出(chu)功率大于(yu)5W的(de)(de)(de)(de)(de)(de)單(dan)條(tiao)寬(kuan)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)區(qu)(qu)半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)泵浦(pu)(pu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)平均無故障工作(zuo)(zuo)時間已(yi)經達到50萬(wan)小時以上。采用(yong)單(dan)條(tiao)寬(kuan)發(fa)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)區(qu)(qu)半(ban)(ban)(ban)導(dao)體(ti)泵浦(pu)(pu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)作(zuo)(zuo)為光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)線激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)泵浦(pu)(pu)源(yuan),全光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)將(jiang)具備長(chang)壽(shou)命(ming)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)特點(dian),因此(ci),制作(zuo)(zuo)具有(you)(you)幾(ji)十(shi)萬(wan)小時得長(chang)壽(shou)命(ming)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)纖(xian)(xian)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)器(qi)(qi)(qi)在技(ji)術(shu)上已(yi)經可(ke)行。
⑥體(ti)積(ji)小(xiao)重量輕
全光(guang)(guang)(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)由于光(guang)(guang)(guang)路可盤繞,光(guang)(guang)(guang)路占(zhan)用(yong)空間(jian)較小,在采(cai)用(yong)單條寬發光(guang)(guang)(guang)區(qu)半導體(ti)(ti)泵(beng)浦激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)做泵(beng)浦源(yuan)的情(qing)況(kuang)下,泵(beng)浦激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)可分(fen)散(san)安(an)裝,具有很好(hao)的散(san)熱特性(xing),在安(an)裝密(mi)度不高(gao)的情(qing)況(kuang)下,采(cai)用(yong)冷(leng)即(ji)可,在安(an)裝密(mi)度較高(gao)的情(qing)況(kuang)下,只需少量通水即(ji)可滿足(zu)散(san)熱要(yao)求,因(yin)此,全光(guang)(guang)(guang)纖(xian)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)的體(ti)(ti)積比同樣輸出功率(lv)的氣體(ti)(ti)和固體(ti)(ti)激(ji)光(guang)(guang)(guang)器(qi)系統更小,重量更輕。