镱光纤激光：该装置中，操作原理，功率，生产，使用

光纤激光器结构紧凑，坚固耐用，准确，易于分散诱导热。 他们有不同的类型，并有很多与其他类型的激光器也有自己独特的优势。

光纤激光器：操作

这种类型的设备可从该纤维相干辐射的固态源的标准偏差，而不是杆的工作流体，板或圆盘。 在纤维的中心部分由所述掺杂剂产生的光。 基本结构可以从简单到相当复杂的范围。 镱光纤激光器装置，使得所述纤维具有大的表面与体积比，所以热量能够比较容易地扩散。

光纤激光器的光泵浦，经常用二极管激光器的帮助，但在某些情况下 - 同一来源。 在这些系统中使用的光学通常表示光学部件，其特征在于，大多数或所有的人都彼此连接。 在一些情况下，大量光学，有时内部光纤系统与外部大量光学结合。

二极管泵浦源可以是二极管阵列，或多个单独的二极管，其每一个被连接到连接器的光纤波导。 在每个端部掺杂光纤具有镜面空腔谐振器 - 实际上使光纤布拉格光栅。 在大量光学的端部具有，如果不仅输出光束进入比纤维以外的内容。 光导可以被扭曲，使得如果需要，激光器腔体可以具有数米的长度。

双核

在光纤激光器中使用结构的纤维，是重要的。 最常见的是双核结构的几何形状。 泵送未掺杂的外芯（有时被称为内膜）收集光并引导其沿光纤。 在光纤中产生受激辐射穿过内芯，这往往是一个单一的模式。 所述内芯包含添加剂镱，由泵浦光刺激。 有非圆形的外芯的许多形式，包括 - 六边形，D形和矩形，减少未命中的光束在中央纤芯的概率。

光纤激光器可具有端部或侧泵浦。 在从一个或多个源的情况下，第一光入射到光纤端部。 当侧泵浦光被提供给它馈送到外芯部的分离器。 这不同于激光棒其中光进入垂直于轴线。

对于这样的决定需要大量的结构发展。 相当重视的泵浦光汇总到核心产生粒子数反转，从而导致受激发射的内芯。 激光芯可以具有不同程度的放大的在纤维取决于掺杂，以及在它的长度。 这些因素都设置为设计工程师所需要的参数。

一单模光纤内操作时，可能会发生功率极限，特别是。 这种芯具有非常小的横截面面积，并且作为结果传递非常高的强度的光从中。 当该正在变得更加明显非线性的布里渊散射，这限制了的几千瓦特的功率输出。 如果输出是足够高时，该光纤端部可能会被损坏。

尤其是光纤激光器

作为工作流体使用光纤提供了更大的相互作用长度，其效果很好的二极管泵浦时。 这种几何形状导致光子的高转换效率，以及可靠和紧凑的结构，其中没有离散的光学，需要调整或对准。

一种光纤激光器，该装置允许它很好地适应，可以适用于厚金属板的焊接，并产生飞秒脉冲。 光纤放大器提供单通增益和在电信中使用，因为它们可以同时扩增许多波长。 相同的增益功率放大器中使用具有主振荡器。 在一些情况下，放大器可以用连续波激光进行操作。

另一个例子是由纤维增强材料，其中所述受激发射被抑制自发发射的源。 另一个例子是拉曼光纤激光器具有提高的分散性，基本上剪切波长组合。 它已找到应用的研究，其中，产生和扩增的使用氟化物玻璃而不是标准的二氧化硅纤维的组合。

然而，通常，与纤维在芯稀土掺杂剂由石英玻璃制成的。 基本的添加剂是镱和铒。 镱具有波长1030至1080年纳米，并且可以发射在宽范围内。 使用940纳米二极管泵浦的显著降低光子的赤字。 镱既不具有自猝灭效应，它们在以高密度钕，所以后者在散装激光器和镱中使用 - 在纤维（它们都提供大约相同的波长）。

铒发射范围内的1630至20年纳米，安全的眼睛。 频率可加倍在780nm处，这是不适用于其他类型的光纤激光器以产生光。 最后，镱可以被添加到铒使得元件将吸收泵浦辐射并传输该能量到铒。 铥 - 另一掺杂剂，以在近红外区中的发射，其因此是眼睛的图片的安全。

高效率

光纤激光是准三电平系统。 泵光子激发从基态到上层的过渡。 激光转变是从上层的在分割研磨状态中的一个的最低部分。 这是非常有效的：例如，镱940nm的光子泵发射具有1030纳米波长的光子，并且量子缺陷（能量损失），只有约9％。

与此相反，钕，泵送在808纳米失去能量的24％左右。 因此，镱本身具有较高的效率，但不是所有的实现是由于一些光子的损失。 镱可以在多个频带，和铒的泵送 - 波长的1480或980纳米。 较高频率的是不是有效的缺陷的光子而言，但有用的，即使在这种情况下，由于在980纳米，最好的来源提供。

光纤激光器的整体效率是两个步骤的过程的结果。 首先，它是泵浦二极管的效率。 相干辐射的半导体源是非常有效的，以50％的效率将电信号转换成光。 实验室研究结果表明，它是有可能达到70％以上的价值。 与完全匹配的输出辐射吸收线光纤激光器实现和高泵送效率。

其次，光 - 光转换效率。 当一个小缺陷的光子可以达到很高的程度激发和的60-70％，光 - 光转换效率的提取效率。 将得到的效率的范围是25-35％。

各种配置

纤维量子连续波发生器可以是单模或多模（横模）。 单模生产高质量的光束为材料，工作或通过大气发送光束，并且多模工业纤维激光器可以产生更多的电力。 它用于切割和焊接，并且特别地，用于热处理，在一个大面积被照亮。

长纤维激光器基本上是准连续的装置通常毫秒脉冲发生型。 通常它是占空比为10％。 这导致更高的峰值功率比被使用，例如，对于脉冲钻孔连续模式（通常10次）。 该频率可以是500Hz的，这取决于持续时间。

在光纤激光器Q开关还充当在本体。 典型的脉冲持续时间在纳秒到微秒的范围内。 纤维越长，时间越长的输出辐射的Q开关，从而导致较长的脉冲。

纤维的性能上Q调制一定的局限性。 光纤激光器的非线性是更显著因为核心的小的横截面面积，从而使峰值功率应是比较有限的。 可以使用任一Q容量开关，其提供更高的性能，或光调制器，其被连接到所述活动部分的端部。

Q开关脉冲可以在纤维或在空腔谐振器被放大。 后者的一个例子可以在核试验（NIF，利弗莫尔，CA），其中，所述光纤激光器为192束主振荡器国家综合仿真中找到。 在玻璃的大板材小脉冲掺杂放大到兆焦。

在光纤激光器与同步重复频率取决于增强材料的长度，如在同步电路的其它模式和脉冲持续时间取决于以提高吞吐量的能力。 最短是在50个FS，和最典型的范围 - 在100个飞秒的范围内。

镱和铒光纤之间，有一个重要的差别，由此它们在不同的模式分散操作。 掺铒光纤在反常色散区发射在1550nm处。 这使得孤子。 Itterbievye纤维是正或正常色散; 作为结果，它们产生具有显着的线性调频脉冲。 由于布喇格的结果光栅它可能需要压缩脉冲长度。

有几种方法来修改光纤激光脉冲，尤其是对于皮秒超快的研究。 光子晶体光纤可与强非线性效应，诸如用于产生超连续谱非常小的芯来制造。 与此相反，光子晶体也可以用非常大的单模芯，以避免在高功率的非线性效应制造。

柔性光子晶体光纤与需要高功率应用程序创建的大的芯。 其中一种方法是纤维的故意弯曲，以除去任何不希望的高次模，同时维持基本横向模式。 非线性谐波产生; 并通过减去折叠的频率，则可以创建一个较短和较长的波长。 非线性效应也可以产生脉冲压缩，这导致出现频率梳。

超连续源作为非常短的脉冲产生通过相位调制的连续光谱。 例如，从在1050纳米，其产生在的范围内获得从紫外到超过1600纳米的镱光纤激光器光谱初始6个PS脉冲。 在1550nm的波长的IR泵浦铒超连续源的另一个来源。

高功率

工业是目前光纤激光器的最大消费国。 在高需求，现在坐落在汽车行业千瓦秩序的力量。 汽车行业向生产高强度钢汽车的移动，以满足耐久性要求，是比较容易更大的燃油经济性。 传统机床是非常困难的，例如，打孔这种类型的钢和相干辐射的来源可以很容易。

切割金属纤维激光器，与其他类型的量子发生器的相比，具有许多优点。 例如，近红外波段很好地吸收的金属。 光束可以通过纤维，这允许机器人容易地移动焦点切割和钻孔时被传递。

光纤满足对电源的最高要求。 武器美国海军，在2014年进行测试，由6 - 纤维5.5千瓦激光器组合在一个光束，并通过成像光学系统的辐射的。 33千瓦单元被用来打败 无人飞行器。 尽管束不是单模式中，系统是令人感兴趣的，因为它允许创建的光纤激光器用他们的手不符合标准，容易获得的成分的。

IPG Photonics公司的最高功率单模相干光源为10千瓦。 主振荡器产生的光功率，供给到放大器在1018纳米与其他光纤激光器的光泵浦阶段的瓦。 整个系统有大小两个冰箱的。

使用光纤激光器也扩展到高功率的切割和焊接。 例如，它们代替电阻焊接钢板解决的材料的变形的问题。 功率控制和其它参数允许非常精确的切割的曲线，特别是角上。

最强大的多模光纤激光 - 对于来自同一制造商切割金属 - 高达100千瓦。 该系统是基于非相干光束的组合，所以它不是超级高光束质量。 这种阻力使光纤激光器行业的吸引力。

混凝土钻孔

4千瓦的多模光纤的激光输出可用于切割和混凝土钻孔。 为什么这样做？ 当工程师正在努力实现现有建筑的抗震能力，要非常小心与混凝土。 当安装在它，如钢筋常规冲击钻孔可能引起的缺陷和削弱混凝土，但切断光纤激光器而不压碎。

激光器与用于例如用于标记或在半导体电子器件的制造中Q开关的纤维。 它们也可用于在测距仪：模块是一个手的大小包含人眼安全的光纤激光器，其输出为4千瓦，50千赫的频率和5-15纳秒的脉冲持续时间。

表面处理

有小型光纤激光器的微型和纳米加工的极大兴趣。 当除去表面层，如果脉冲持续时间短于35个PS，没有喷涂材料。 这防止凹坑和其它不合需要的假象的形成。 在飞秒政权脉冲产生未对波长敏感及周边地区不被加热，允许在不将周边区域的严重损坏或弱化工作的非线性效应。 此外，孔可以具有高的深度宽度被切割 - 例如，快速使用不锈钢800飞秒的脉冲具有1MHz的频率为1毫米的小孔（在几毫秒内）。

另外，也可以以产生表面处理的透明材料，例如，人的眼睛。 为了削减在眼显微外科皮瓣，飞秒脉冲在眼的表面下方的点vysokoaperturnym紧密聚焦透镜，而不会引起在表面上的任何损坏，而是通过对受控深度破坏材料的眼睛。 角膜，这对视功能的关键的光滑表面保持不变。 翼片从底部分离，然后可以拉至表面的准分子激光形成透镜。 其它医疗应用包括手术浅渗透在皮肤科，以及使用某些类型的光学相干断层扫描的。

飞秒激光器

在科学飞秒激光用于激励激光击穿光谱，荧光光谱与时间分辨率，也为普通材料的研究。 此外，它们生产所需的计量和一般研究所需飞秒激光频率梳的。 一个在短期内真正的应用将成为新一代的GPS卫星，这将增加定位精度的原子钟。

单频光纤激光器具有小于1kHz的光谱线宽进行。 这令人印象深刻设备具有小的辐射输出功率为10毫瓦至1W。 发现在通信，计量领域应用（例如，在光纤陀螺仪）和光谱。

下一步是什么？

至于其他的研究应用，它仍然是一个很多人进行了研究。 例如，军事工程，其可以在其他领域得到应用，其中包括在组合纤维的激光束，以获得使用相干或光谱组合的高光束。 其结果是，更多的功率是在单模光束来实现。

光纤激光器的生产正在迅速增长，特别是汽车行业的需求。 此外，还有一个替代的非纤维性纤维的设备。 除了在成本和性能的普遍改善，还有更实际的飞秒激光器和超连续光源。 光纤激光器占据更多的利基，成为改善其他类型的激光源。