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导波光学讲座（二） 第三章 光纤激光器 光纤激光器的特点及其应用前景 优点： 波导式结构、效率高、阈值低、窄线宽、可调谐、结构小巧、性能价格比高、易于与光纤通信系统连接。 应用前景： 光通信、光传感、航天航空、生命科学、精密机械加工、广告显示、印刷技术等领域都有广阔的应用前景。 光纤激光器的发展 1. 20世纪60年代初，法国的Smitzer首次提出光纤激光器的概念。 2. 70年代初美国、苏联等国的研究机关开展了一般性研究工作。 3. 1975年至1985年，由于半导体激光器工艺和光纤制造工艺的成熟和发展，光纤激光器开始腾飞。英国的南安普敦大学和通信研究实验室、西德的汉堡大学、日本的NTT、美国的斯坦福大学和Bell实验室，相继开展了光纤激光器的研究工作，成果累累。 国内，清华大学、北京大学、中国科技大学、南开大学、上海科技大学、南京理工大学、天津大学、电子部和邮电部等单位的研究工作也取得了很大进展。 4. 20世纪80年代后期，光纤光栅的问世和工艺的成熟，为光纤激光器注入了新的生命力，实现了光纤激光器的全光纤化。 5. 90年代初，包层泵浦技术的发展，使传统的光纤激光器的功率水平提高了4－5个数量级，可谓光纤激光器发展史上的又一个里程碑。 3.2.2 光纤光栅激光器 一、光纤光栅 利用光纤在紫外光照射下产生的光折变效应，在纤芯上形成周期性折射率调制分布，从而对入射光产生相干反射的一种光纤无源器件。由于它易于制造、插入损耗小、选频稳定、使用灵活、易于同光纤系统集成等。 光纤光栅的优点: 稳定准确的选频特性 易于集成，使全光纤一维光子集成成为可能 制作方法： 全息法 相位掩模法 点－点写入法 光纤光栅的种类： 均匀周期光纤布拉格光栅（PFBG） 啾光纤光栅 闪耀光纤光栅 相移光纤光栅 长周期光纤光栅 取样光纤光栅 交叉型的相移啁啾光纤光栅 相移长周期光纤光栅 啁啾长周期光纤光栅 性能指标： Bragg光纤光栅 反射率 95％～99％ 带宽 0.1～0.12nm 简支梁调谐 调谐范围 7nm 线性度 0.999 悬臂梁 调谐范围 5.6nm 线性度 0.996 2、 多波长Er3＋光纤光栅激光器 光纤光栅提供反馈和波长选择的多波长光纤光栅激光器； 滤波机制的多波长光纤光栅激光器； 锁模机制的多波长光纤光栅激光器； 非线性效应的多波长光纤光栅激光器。 3.3 掺Yb3＋光纤激光器 掺Yb3+光纤有很宽的吸收谱和发射谱，可以采用不同波长的抽运源，在970～1200nm波段获得激光，并可进行宽带调谐；同时，这种光纤激光器不存在激发态吸收、浓度淬灭、多声子跃迁等消激发过程，能够获得很高的能量转化效率。由于以上优点及其广阔的应用前景，掺Yb3+光纤激光器受到越来越多研究者的关注。 3.3.1 单波长、窄线宽Yb3+光纤激光器 3.3.2单一偏振多波长Yb光纤激光器 多波长激光器可以同时为多个信道提供所需光源，在密集波分复用系统、光谱测量、光纤传感等领域有着广泛的用途。目前已有很多研究者报道了掺铒多波长激光器的实现方案。 3.4 包层泵浦光纤激光器 单包层光纤激光器以其诸多的优良特点受到普遍关注，得到了长足发展。但是，由于泵浦光较难有效地耦合到几何尺寸只有几微米的光纤芯内，光－光转换效率较低；同时，常规的单模光纤激光器要求泵光的输出模式必须为基模，这也限制了其输出功率的水平。所以一般常规光纤激光器的输出功率仅在毫瓦量级，研究工作和开发 应用大都集中在光通信和光传感领域。 80年代后期，美国宝丽来公司的研究者们作出