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調(diào)Q脈沖光纖激光器結(jié)構(gòu)介紹
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 海創(chuàng)光電    2023-11-06

光纖激光器是指用摻稀土元素的光纖作為增益介質(zhì)的激光器，具有光束質(zhì)量好、集約化程度高、電光轉(zhuǎn)換效率高、免調(diào)節(jié)、穩(wěn)定性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。按諧振腔結(jié)構(gòu)，光纖激光器分為 F-P 腔和環(huán)形腔等。

按光纖結(jié)構(gòu)，光纖激光器分為單包層光纖激光器和雙包層光纖激光器等。

按輸出激光特性，光纖激光器分為連續(xù)光纖激光器和脈沖光纖激光器，其中脈沖光纖激光器根據(jù)其脈沖形成原理又可分為調(diào) Q 脈沖光纖激光器、MOPA 光纖激光器和鎖模超短脈沖光纖激光器。

典型的調(diào) Q 脈沖光纖激光器主要由泵浦源、合束器、光纖光柵、聲光 Q 開關(guān)、有源光纖、隔離器等部件構(gòu)成。

A、泵浦源

光纖激光器通常用半導(dǎo)體激光器作為泵浦源，對有源光纖進(jìn)行泵浦，將有源光纖中處于基態(tài)能級的粒子（稀土離子）抽運(yùn)到激態(tài)能級，從而實(shí)現(xiàn)有源光纖中的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)（激態(tài)能級粒子數(shù)大于基態(tài)能級粒子數(shù)），形成激光振蕩或激光放大。泵浦源是光纖激光器的核心部件之一。

泵浦源中的主要元器件有半導(dǎo)體激光芯片，以及快軸準(zhǔn)直鏡、慢軸準(zhǔn)直鏡、偏振分束/合束器、反射鏡、聚焦透鏡、濾光片、光纖頭等光學(xué)元器件。光學(xué)元器件的損傷閾值、同軸精度、鍍膜參數(shù)、表面質(zhì)量等光學(xué)性能參數(shù)直接影響泵浦光的輸出性能，其中快軸準(zhǔn)直鏡是一種非球柱面微透鏡，技術(shù)難度大，全球范圍內(nèi)僅少數(shù)幾家公司掌握快軸準(zhǔn)直鏡的加工技術(shù)。

B、光纖

光纖分為有源光纖和無源光纖。有源光纖是一種在光纖中摻入稀土離子的特種光纖，是光纖激光器的核心部件之一，作為增益介質(zhì)，其作用是實(shí)現(xiàn)泵浦光到信號光的能量轉(zhuǎn)換及在諧振腔內(nèi)將信號光能量放大。無源光纖是一種不摻雜稀土離子的普通光纖，其作用是限制激光在光纖內(nèi)部傳輸，并連接各個(gè)激光元器件。

C、光纖光柵

光纖光柵是一種通過相位掩膜法、駐波法或逐點(diǎn)寫入法等方法使光纖纖芯的折射率發(fā)生軸向周期性調(diào)制而形成的布拉格光柵，可以簡單理解為存在于光纖中的反射鏡。兩個(gè)光纖光柵構(gòu)成了光纖激光器的諧振腔，其作用是篩選一定方向和特定波長的光子并進(jìn)行放大。光纖光柵的參數(shù)決定了光纖激光器的輸出波長、帶寬。

D、合束器

合束器是利用光纖熔融拉錐技術(shù)，將多束光纖合成為一根光纖所形成的器件，它可以將多束較低功率的泵浦激光合成為一束更高功率的泵浦激光并耦合到有源光纖中。合束器是實(shí)現(xiàn)高功率單模塊光纖激光輸出的關(guān)鍵器件。

E、聲光 Q 開關(guān)

聲光 Q 開關(guān)是一種通過超聲波來控制激光強(qiáng)度變化的聲光器件，作為一種受控的可變損耗插入到光纖激光器腔內(nèi)，起到 Q 開關(guān)的作用。通過調(diào) Q 技術(shù)，光纖激光器能夠輸出高峰值功率的脈沖激光。

F、隔離器

隔離器是一種只允許單向光通過的光無源器件，其工作原理是利用磁光晶體法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的非互易性，使后向傳輸光能夠被隔離。隔離器的主要作用是降低后向傳輸光對光源和光路系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，從而維持光源和光路系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及延長光纖激光器的使用壽命。