《光电子器件基础与技术lecture503.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光电子器件基础与技术lecture503.ppt（20页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、张伟利 副教授 E-mail: wl_ 电子科技大学通信与信息工程学院科B209 028-61830652,1,2,2.5 光纤激光器,A. 简介 B. 增益介质 C. 谐振腔 D. 器件效应,3,光纤激光器是以(掺杂)光纤本身为工作物质，而该光纤又起到波导作用的固体激光器。,光纤激光器的特点,光束质量好，单色性、稳定性高 散热性能好、转换效率高； 谐振腔可以是腔镜、或光纤耦合器、光纤圈等 可获得宽带的可调谐激光输出 适用于光纤通信的低损耗窗口 能胜任劣环境,4,光纤激光器的类型,掺杂元素稀土元素,掺杂光纤的基质 石英玻璃 容易产生斯塔克分裂，使得能级加宽，光谱变宽。 重金属氟化物玻璃 通光窗
2、口宽，在300-8000 nm范围透过率很高。 易于成纤，易于激活。,掺杂光纤,5,掺杂浓度,太低：掺杂离子的总有效数小于入射光子数，激发态可能被耗尽。 太高：稀土离子之间出现非辐射的浓度抑制，跃迁产生激光的能级上有效粒子数减少，不利于产生激光。,掺杂浓度最佳在100 ppm （10-6）量级,较高浓度掺杂下铒离子交叉弛豫引起输出脉动,6,Er 3+、Nd 3+的电子能级,7,8,拉曼 （反斯托克斯）,非线性光纤,F-P腔,M1: 对泵浦光高透；对激光高反 M2: 对激光高反 （低增益系统95%；高增益系统 75%）,9,光在腔内传输来回一次后的光强为： 要保证激光在腔内振荡，要求： 反射光与
3、入射光发生干涉，为了在腔内形成稳定振荡，要求干涉加强。则腔长与波长满足(驻波条件)：,增益系数,平均损耗系数,10,11,DBR腔（distributed Bragg reflection ）又叫分布式布拉格反射镜,使用两个较高反射率的光纤光栅作为反射镜，将其置于掺杂光纤的两端，构成线性谐振腔增强模式选择。,12,DFB腔,直接在掺杂光纤上写入光栅构成谐振腔，有源区与反馈区同为一体，只用一个光栅实现光反馈和波长选择，频率稳定性好，边模抑制比高。,13,型腔,用环形器、光纤环等构成反射镜代替谐振腔一端的光栅，另一端采用光栅选择输出波长，降低制作难度，增加稳定性。,光纤环形谐振腔 泵浦光由1端进入
4、，经耦合器进入环行腔。激励的激光与泵光无关。产生的激光由4端到3端。经耦合器分为2束：一束从2端输出；另一束由4端返回并被谐振放大；如此反复。其中储存了能量。,14,光纤圈反射器 光纤圈为非谐振的干涉仪结构，其中没有能量储存。,光波既可以通过另一端输出；又可以再从输入端反射，耦合系数k是波长的函数,反射透射功率,15,反射镜+光栅形式可调谐输出谐振腔 使用闪耀光栅，若对激光中心的闪耀级次为M级，闪耀角为，光栅常数为d，则光栅方程为：,只要转动衍射光栅，使光束相对于光栅法线的入射角在 附近变化，就能实现调节波长,16,采用这种结构，利用氩离子激光器的514nm的光作为泵浦光，分别激励掺铒光纤及掺钕光纤,可调谐的波长范围分别为25nm和80nm。 由于分束器与光学元器件带来了腔内损耗，导致阈值功率提高。,14 nm,11 nm,80 nm,17,通过改变温度来调节光纤圈的反射率，使掺杂光纤达到激光谐振放大,反射镜+光纤圈反射器形式,18,19,空间烧孔效应,增益烧孔效应,空间烧孔效应引起输出多纵模,20,光纤激光器的模式跳变,激光器工作时的腔长变化导致输出模式跳变,