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上海千實解讀光纖激光器的原理
光纖激光器是指以光纖為基質摻入某些激活離子作做成工作物質,或者是利用光纖本身的非線性效應制作成的一類激光器，光纖激光器可在光纖放大器的基礎上開發出來：在泵浦光的作用下光纖內極易形成高功率密度，造成激光工作物質的激光能級“粒子數反轉”，當適當加入正反饋回路（構成諧振腔）便可形成激光振蕩輸出。
一般的光纖激光器大多是在光纖放大器的基礎上發展起來的。它用摻稀土元素的光纖 ,加上一個恰當的反饋機制便形成了光纖激光器(如圖1所示) 。摻稀土元素的光纖充當光纖激光器的增益介質。在光纖激光器中有一根非常細的光纖纖芯 ,由于外泵浦光的作用 ,在光纖內很容易形成高功率密度 ,從而引起激光工作物質能級的粒子數反轉 ,當適當加入反饋機制 ,很容易從纖芯輸出激光。但是 ,早期的光纖激光器是將泵浦光直接耦合進入直徑小于 10 μm 的單模光纖纖芯 ,其耦合效率低 ,導致光纖激光器的輸出功率較低 ,一般輸出毫瓦量級。對于大多數應用領域 ,更需要瓦級的光功率輸出。雙包層光纖的發明解決了這一難題。
雙包層光纖由纖芯、 內包層、 外包層和保護層組成。纖芯是摻稀土元素的單模光波導 ,內包層是橫向尺寸和數值孔徑比纖芯大得多、 折射率比纖芯小的多模光波導 ,外包層是折射率比內包層小的聚合物 ,外層是由硬塑料等材料構成的保護層。雙包層光纖與普通光纖的區別在于泵浦光耦合進入內包層而并非纖芯 ,泵浦光在內包層中傳播 ,反復穿越纖芯被摻雜介質吸收 ,從而使纖芯中傳播的光比例增加 ,顯著提高了耦合效率和入纖泵浦功率 ,耦合效率可達 90 %以上。雙包層光纖的研制為瓦級甚至更高功率單模光纖激光器的實現奠定了堅實的基礎。
