激光

半導體泵浦連續光纖激光器原理實驗教具方案

一、實驗簡介        激光

對摻雜光纖作增益介質的光纖激光器的研究在20世紀60年代,斯尼澤

(Snitzer)于1963年報道了在玻璃基質中摻激活釹離子(Nd3)所制成的光纖激光器。20世紀70年代以來,人們在光纖制備技術以及光纖激光器的泵浦與諧振腔的探索方面取得了較大進展。而在20世紀80年代中期,英國南安普頓大學摻餌(Er3+)光纖的突破,使光纖激光器更具實用性,顯示出十分誘人的應用前景。與固體激光器、氣體激光器相比光纖激光器具有許多性能,例如光纖激光器具有輸出功率高、穩定性好、光束分布均勻,易于操作等特點。由于光纖激光器采用細小而柔軟的光纖作為激光增益介質,使得激光器結構緊 湊、使用壽命長、操作方便。

光纖激光器的輸出波段范圍在400-3400nm之間,可應用于光學數據存儲、光學通信、傳感技術、光譜和醫學應用等多種領域。目前發展較為迅速的有光纖激光器、光纖光柵激光器、窄線寬可調諧光纖激光器以及高功率的雙包層光纖激光器。

本實驗教具展示了半導體泵浦連續光纖激光器的原理。

二、實驗目的

展示并學習半導體泵浦連續光纖激光器的工作原理。

三、實驗教具

半導體泵浦連續光纖激光器原理實驗教具俯視圖:

O        開關

② LED燈        O        O        O        輸入光纖        O        兇

泵浦源        耦合系統        高反光柵

O

諧

增益光纖        振

腔

O        O        愉出光纟        O        輸出光纟

O

準直系統

剝模器        低反光柵

激光輸出        O

IN        溫控(水冷)

OUT

光纖傳輸部分均可亮

四、半導體泵浦連續光纖激光器原理實驗教具方案實驗原理

1、光纖激光器的基本結構

光纖激光器主要由三部分組成:由能產生光子的增益介質、使光子得到反饋并在增益介質中進行諧振放大的光學諧振腔和可使激光介質處于受激狀態的泵浦源裝置。光纖激光器的基本結構如下圖所示:

摻雜光纖

耦合光學系統        準直光學系統

LD泵浦源

光學諧振腔

圖1 光纖激光器的基本結構圖

增益介質為摻雜稀土離子的光纖芯,摻雜光纖放置在兩個反射率經過選擇的高低反光柵之間,泵浦光從光纖激光器的高反光柵耦合進入光纖,經濾波器得到輸出激光。從理論上來說,只有泵浦源和增益光纖是構成光纖激光器的必須組件,諧振腔并非不可少的組件。諧振腔的選模和增加增益介質長度的作用在光纖激光器中不是必須的,因長光纖本身可以非常長,從而獲得很高的單程增益,而光纖的波導效應又可以起到選模的作用。但實際應用中人們一般希

望使用較短光纖,所以多數情況下采用諧振腔。

2、光纖激光器的工作原理        激光

光纖激光器的工作原理如下:由泵浦源發出的泵浦光耦合進入增益介質

中,由于增益介質為摻稀土元素光纖,因此泵浦光被吸收,吸收光子能量的稀土離子發生能級躍遷并實現粒子反轉,反轉后的粒子由激光態躍遷回基態,釋放能量,并形成穩定的激光輸出。

光纖激光器的工作原理主要基于光纖激光器的結構特點。激光器是由工作物質、泵浦源和諧振腔三部分組成,具體作用如下:            (1)增益光纖為產生光子的增益介質;                  

(2)抽運光的作用為外部能量使增益介質達到粒子數反轉,即泵浦源;    (3)光學諧振腔由兩個光纖布拉格光柵組成,作用是使光子得到反饋并在工作介質中得到放大。

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