上海千实解读光纤激光器的原理

光纤激光器是指以光纤为基质掺入某些激活离子作做成工作物质,或者是利用光纤本身的非线性效应制作成的一类激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。
一般的光纤激光器大多是在光纤放大器的基础上发展起来的。它用掺稀土元素的光纤 ,加上一个恰当的反馈机制便形成了光纤激光器(如图1所示) 。掺稀土元素的光纤充当光纤激光器的增益介质。在光纤激光器中有一根非常细的光纤纤芯 ,由于外泵浦光的作用 ,在光纤内很容易形成高功率密度 ,从而引起激光工作物质能级的粒子数反转 ,当适当加入反馈机制 ,很容易从纤芯输出激光。但是 ,早期的光纤激光器是将泵浦光直接耦合进入直径小于 10 μm 的单模光纤纤芯 ,其耦合效率低 ,导致光纤激光器的输出功率较低 ,一般输出毫瓦量级。对于大多数应用领域 ,更需要瓦级的光功率输出。双包层光纤的发明解决了这一难题。
双包层光纤由纤芯、 内包层、 外包层和保护层组成。纤芯是掺稀土元素的单模光波导 ,内包层是横向尺寸和数值孔径比纤芯大得多、 折射率比纤芯小的多模光波导 ,外包层是折射率比内包层小的聚合物 ,外层是由硬塑料等材料构成的保护层。双包层光纤与普通光纤的区别在于泵浦光耦合进入内包层而并非纤芯 ,泵浦光在内包层中传播 ,反复穿越纤芯被掺杂介质吸收 ,从而使纤芯中传播的光比例增加 ,显着提高了耦合效率和入纤泵浦功率 ,耦合效率可达 90 %以上。双包层光纤的研制为瓦级甚至更高功率单模光纤激光器的实现奠定了坚实的基础。