光纤激光器的特点与应用.pdf
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2022-11-20
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光纤激光器的特点与应用
光纤激光器是在 EDFA 技术基础上发展起来的技术。近年来，随着光纤通信
系统的极大的应用和发展，超快速光电子学、非线性光学、光传感等各种领域应
用的研究已得到日益重视。光纤激光器在降低阂值、振荡波长范围、波长可调谐
性能等方面，已明显取得进步。它是目前光通信领域的新兴技术，它可以用于现
有的通信系统，使之支持更高的传输速度，是未来高码率密集波分复用系统和未
来相干光通信的基础。
1.光纤激光器工作原理
光纤激光器主要由三部分组成 :由能产生光子的增益介质、使光子得到反馈
并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和可使激光介质处于受激状态的泵
浦源装置。光纤激光器的基本结构如图 1 所示。
掺稀土元素的光纤放大器推动了光纤激光器的发展，因为光纤放大器可以通
过适当的反馈机理形成光纤激光器。当泵浦光通过光纤中的稀土离子时，就会被
稀土离子所吸收，这时吸收光子能量的稀土原子电子就会激励到较高激射能级，
从而实现离子数反转。反转后的离子数就会以辐射形式从高能级转移到基态，并
且释放出能量，完成受激辐射。从激发态到基态的辐射方式有两种，即自发辐射
和受激辐射，其中受激辐射是一种同频率、同相位的辐射，可以形成相干性很好
的激光。激光发射是受激辐射远远超过自发辐射的物理过程，为了使这种过程持
续发生，必须形成离子数反转，因此要求参与过程的能级应超过两个，同时还要
有泵浦源提供能量。光纤激光器实际上也可以称为是一个波长转化器，通过它可
以将泵浦波长光转化为所需的激射波长光。例如掺饵光纤激光器将 980nm 的泵
浦光进行泵浦，输出 1550nm 的激光。激光的输出可以是连续的，也可以是脉冲
形式的。
光纤激光器有两种激射状态，三能级和四能级激射。三能级和四能级的激光
原理如图 2 所示，泵浦(短波长高能光子)使电子从基态跃迁到高能态 E4 或者 E3，
然后通过非辐射方式跃迁过程跃迁到激光上能级 E43 或者 E3 2，当电子进一步
从激光上能级跃迁到下能级 E 扩或者 E3，时，就会出现激光的过程。
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