激光

半導(dǎo)體泵浦連續(xù)光纖激光器原理實(shí)驗(yàn)教具方案

一、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介        激光

對(duì)摻雜光纖作增益介質(zhì)的光纖激光器的研究在20世紀(jì)60年代,斯尼澤

(Snitzer)于1963年報(bào)道了在玻璃基質(zhì)中摻激活釹離子(Nd3)所制成的光纖激光器。20世紀(jì)70年代以來(lái),人們?cè)诠饫w制備技術(shù)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(jìn)展。而在20世紀(jì)80年代中期,英國(guó)南安普頓大學(xué)摻餌(Er3+)光纖的突破,使光纖激光器更具實(shí)用性,顯示出十分誘人的應(yīng)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(wěn)定性好、光束分布均勻,易于操作等特點(diǎn)。由于光纖激光器采用細(xì)小而柔軟的光纖作為激光增益介質(zhì),使得激光器結(jié)構(gòu)緊 湊、使用壽命長(zhǎng)、操作方便。

光纖激光器的輸出波段范圍在400-3400nm之間,可應(yīng)用于光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、光學(xué)通信、傳感技術(shù)、光譜和醫(yī)學(xué)應(yīng)用等多種領(lǐng)域。目前發(fā)展較為迅速的有光纖激光器、光纖光柵激光器、窄線(xiàn)寬可調(diào)諧光纖激光器以及高功率的雙包層光纖激光器。

本實(shí)驗(yàn)教具展示了半導(dǎo)體泵浦連續(xù)光纖激光器的原理。

二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

展示并學(xué)習(xí)半導(dǎo)體泵浦連續(xù)光纖激光器的工作原理。

三、實(shí)驗(yàn)教具

半導(dǎo)體泵浦連續(xù)光纖激光器原理實(shí)驗(yàn)教具俯視圖:

O        開(kāi)關(guān)

② LED燈        O        O        O        輸入光纖        O        兇

泵浦源        耦合系統(tǒng)        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(zhǔn)直系統(tǒng)

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(dǎo)體泵浦連續(xù)光纖激光器原理實(shí)驗(yàn)教具方案實(shí)驗(yàn)原理

1、光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)

光纖激光器主要由三部分組成:由能產(chǎn)生光子的增益介質(zhì)、使光子得到反饋并在增益介質(zhì)中進(jìn)行諧振放大的光學(xué)諧振腔和可使激光介質(zhì)處于受激狀態(tài)的泵浦源裝置。光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)如下圖所示:

摻雜光纖

耦合光學(xué)系統(tǒng)        準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)

LD泵浦源

光學(xué)諧振腔

圖1 光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)圖

增益介質(zhì)為摻雜稀土離子的光纖芯,摻雜光纖放置在兩個(gè)反射率經(jīng)過(guò)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(jìn)入光纖,經(jīng)濾波器得到輸出激光。從理論上來(lái)說(shuō),只有泵浦源和增益光纖是構(gòu)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(zhì)長(zhǎng)度的作用在光纖激光器中不是必須的,因長(zhǎng)光纖本身可以非常長(zhǎng),從而獲得很高的單程增益,而光纖的波導(dǎo)效應(yīng)又可以起到選模的作用。但實(shí)際應(yīng)用中人們一般希

望使用較短光纖,所以多數(shù)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(fā)出的泵浦光耦合進(jìn)入增益介質(zhì)

中,由于增益介質(zhì)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(fā)生能級(jí)躍遷并實(shí)現(xiàn)粒子反轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn)后的粒子由激光態(tài)躍遷回基態(tài),釋放能量,并形成穩(wěn)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)。激光器是由工作物質(zhì)、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(chǎn)生光子的增益介質(zhì);                  

(2)抽運(yùn)光的作用為外部能量使增益介質(zhì)達(dá)到粒子數(shù)反轉(zhuǎn),即泵浦源;    (3)光學(xué)諧振腔由兩個(gè)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(zhì)中得到放大。

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