典型激光器的比较.ppt

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1、典型激光器典型激光器1、常见激光器概述按激光工作介质：按激光工作介质：固体激光器固体激光器 (光纤激光器）光纤激光器）气体激光器气体激光器半导体激光器半导体激光器染料激光器染料激光器自由电子激光器自由电子激光器激光器的分类激光器的分类按化学组成：按化学组成：原子激光器原子激光器分子激光器分子激光器离子激光器离子激光器自由电子激光器自由电子激光器准分子激光器准分子激光器已记录到的激光振荡波长有一万种以上。已记录到的激光振荡波长有一万种以上。激光运转方式激光运转方式:连续连续脉冲脉冲单脉冲单脉冲重复频率重复频率准连续准连续激光调制方式激光调制方式自由运转自由运转调调Q锁模锁模1.1.固体激光器固体

2、激光器分为晶体和玻璃两类，在基质材料中掺入激活离分为晶体和玻璃两类，在基质材料中掺入激活离子而制成。子而制成。目目前前已已实实现现激激光光振振荡荡的的不不同同基基质质掺掺杂杂体体系系的的工工作作物物质质有有200多多种种，但但是是，性性能能好好，使使用用广广泛泛的的主主要有下面三种。要有下面三种。（1）钕玻璃激光器）钕玻璃激光器在玻璃中掺入稀土元素钕做工作物质在玻璃中掺入稀土元素钕做工作物质 =1.053 m 由由于于可可获获得得大大体体积积均均匀匀性性良良好好的的钕钕玻玻璃璃，因因而而可可制制成成大大型型器器件件，获获得得高高能能量量和和功功率率的的激激光光，现现已已制制成成输输出出功功率率

3、1014W激光器。激光器。（2）红宝石激光器）红宝石激光器工作方式：连续、脉冲工作方式：连续、脉冲发发 散散 角角：10-3rad，一般为多模输出；，一般为多模输出；泵浦功率泵浦功率阈值阈值1020%单模单模工作物质：红宝石晶体工作物质：红宝石晶体输出波长：输出波长：输出线宽：输出线宽：（3）掺钕钇铝石榴石（）掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）输出波长：输出波长：=1064nm、914nm、1319nm工作方式：连续、高重复率脉冲工作方式：连续、高重复率脉冲 工作物质：工作物质：YAG晶体内掺进稀土元素钕晶体内掺进稀土元素钕 因可掺进较高浓度的钕，故工作物质单位体积能提供较高因可掺进较高浓度的钕，

4、故工作物质单位体积能提供较高的激光功率，激光器也可作的比较小，若半导体激光器作泵浦的激光功率，激光器也可作的比较小，若半导体激光器作泵浦源的器件体积更小。源的器件体积更小。Applications Spectroscopy 光谱学光谱学Fiber laser research 光纤激光器研究光纤激光器研究Telecommunications research 远程通信研究远程通信研究Semiconductor studies 半导体研究半导体研究（4）连续波可调谐连续波可调谐钛蓝宝石激光器钛蓝宝石激光器 3900S CW Tunable Ti:sapphire Laser输出波长从输出波长从6

5、75到到1100nm 由由Ar laser或或LD泵浦泵浦532nm激光器泵浦激光器泵浦TEM00输出功率可达输出功率可达3.5W cwThe high-performance,tunable,solid state IR laser2.2.气体激光器气体激光器 工作物质工作物质:各种混合气体，光学均匀性好。各种混合气体，光学均匀性好。气体激光器在单色性、光束稳定性方面比固体、半气体激光器在单色性、光束稳定性方面比固体、半导体、液体激光器优越。导体、液体激光器优越。谱线已达数千种谱线已达数千种(160nm4mm)工作方式：连续运转（大多数）工作方式：连续运转（大多数）多数气体激光器有瞬时功率不

6、高的弱点。多数气体激光器有瞬时功率不高的弱点。原原因因：通通常常气气体体气气压压低低，单单位位体体积积内内粒粒子子 数数少。少。（1）氦）氦-氖激光器氖激光器工作物质：氦氖混合气体工作物质：氦氖混合气体 激光由氖原子发射，氦气起改善气体放电条件，激光由氖原子发射，氦气起改善气体放电条件，提高激光器输出功率的作用。提高激光器输出功率的作用。输出波长：常用的为输出波长：常用的为 =632.8nm 根据选择的工作条件激光器可以输出近红外、根据选择的工作条件激光器可以输出近红外、红光、黄光、绿光。红光、黄光、绿光。（=3.39m；=1.15m）（2）CO2 激光器激光器工作物质：工作物质：CO2、He

7、、N2、Xe的混合气体的混合气体 激光由激光由CO2分子发射，其它气体协助改善激分子发射，其它气体协助改善激光器的工作条件，提高激光器输出功率水平和使用光器的工作条件，提高激光器输出功率水平和使用寿命。寿命。输出波长：输出波长：=10.6m CO2 激光器是输出激光器是输出功率最高的气体激光功率最高的气体激光器，有连续输出器，有连续输出50kW；脉冲输出；脉冲输出1012W的激的激光器。光器。（3）氩离子气体激光器）氩离子气体激光器 输出波长：输出波长：=488nm；=514.5 nm；在可见光区输出功率最高，输出功率从几瓦在可见光区输出功率最高，输出功率从几瓦几百瓦。几百瓦。氩氩/氪离子激光

8、器，氪离子激光器，Stabilite 2017 Argon/Krypton Ion Laser氦-镉激光器 以镉金属蒸气为发光物质，主要有两条连续谱线，即波长为325nm的紫外辐射和441.6nm的蓝光，典型输出功率分别为125mW和1100mW。主要应用领域包括活字印刷、血细胞计数、集成电路芯片检验及激光诱导荧光实验等。俄罗斯俄罗斯PLASMAPLASMA公司的氦公司的氦镉激光器镉激光器铜蒸气激光器 一般通过电子碰撞激励，两条主要的工作谱线是波长510.5nm的绿光和578.2nm的黄光，典型脉冲宽度1050nS，重复频率可达100KHz。当前水平一个脉冲的能量为1mJ左右。这就是说，平均功

9、率可达100W，而峰值功率则高达100KW。氮分子激光器氮分子激光器VSL-337ND-S Nitrogen Laser 脉冲放电激励输出紫外光，峰值功率可达数十兆瓦，脉冲放电激励输出紫外光，峰值功率可达数十兆瓦，脉宽小于脉宽小于10nS，重复频率数十，重复频率数十Hz数千数千Hz，主要用作染，主要用作染料激光器的泵浦源，也可用于光谱分析、检测、医学及料激光器的泵浦源，也可用于光谱分析、检测、医学及光化学方面光化学方面。常见波长：。常见波长：337.1nm、357.7nm（3）氮分子激光器）氮分子激光器 3.3.半导体激光器半导体激光器 特特点点：体体积积最最小小、重重量量最最轻轻，使使用用寿

10、寿命命长长，有有效使用时间超过效使用时间超过10万小时。万小时。输出波长范围：紫外、可见、红外输出波长范围：紫外、可见、红外输出功率：输出功率：mW、W、kW。由不同组分的半导体材料做成激光有源区和约束区的由不同组分的半导体材料做成激光有源区和约束区的激光器。激光器。DFB半导体激光器示意图半导体激光器示意图 DBR半导体激光器示意图半导体激光器示意图 垂直腔面发射半导体激光器（垂直腔面发射半导体激光器（VCSEL）量子级联激光器量子级联激光器(quantum cascade lasers,QCLs)基于电子在半导体量子阱中导带子带间跃迁和声子辅助共振隧穿原理的新型单极半导体器件。光纤耦合（尾

11、纤型光纤耦合（尾纤型-pigtail package）半导体激）半导体激光器件光器件 ProLite型光纤耦合单发射激光器型光纤耦合单发射激光器2、常见激光器工作特性1、固体激光器、固体激光器A A、固体激光器基本结构及特性、固体激光器基本结构及特性1.激光工作物质激光工作物质2.泵浦源泵浦源3.聚光腔聚光腔4.谐振腔谐振腔5.冷却系统冷却系统固体激光器的能量转换固体激光器的能量转换固体激光器阈值固体激光器阈值阈值条件：阈值条件：即即受激辐射截面受激辐射截面红宝石宝石2.5E-20 cm2Nd3+:YAG2788E-20 cm2Nd3+:Glass3E-20 cm2阈值反转粒子数：阈值反转粒子

12、数：光谱特性光谱特性多纵模工作多纵模工作空间烧孔效应空间烧孔效应高增益高增益多模利用充分利用了反转粒子数，有利于锁模多模利用充分利用了反转粒子数，有利于锁模高注入，高输出伴随激光线宽增加高注入，高输出伴随激光线宽增加激光束的方向性激光束的方向性激光的偏振特性激光的偏振特性u偏振性主要取决于工作物质偏振性主要取决于工作物质u各向同性介质在应力及热效应作用下导致应力各向同性介质在应力及热效应作用下导致应力双折射，激光输出具有部分偏振特性。双折射，激光输出具有部分偏振特性。u在谐振腔中有偏振元件，激光输出也会具有偏在谐振腔中有偏振元件，激光输出也会具有偏振性振性B、固体工作物质、固体工作物质基质基质

13、氧化物：氧化物：Al2O3，YAG，YAP磷酸盐，硅酸盐：磷酸盐，硅酸盐：CaWO4钨酸盐，钼酸盐，钒酸盐和铍酸盐：钨酸盐，钼酸盐，钒酸盐和铍酸盐：YVO4 氟化物氟化物:YLF玻璃：磷酸盐、硅酸盐玻璃：磷酸盐、硅酸盐1.稀土离子稀土离子钕（钕（Nd3）实现了实现了100多种基质中获得受激发射多种基质中获得受激发射以以0.9um，1.06um，1.35um为中心，可实现若干频率为中心，可实现若干频率的受激发射的受激发射铒（铒（Er3）实现了实现了YAG，YLF，YAP，LaF3，CaWO4，CaF2，玻璃基质中的受激发射。玻璃基质中的受激发射。1.531.66um内实现激光发射，属人眼安全波长

14、。内实现激光发射，属人眼安全波长。常用的常用的Er3:YAG经敏化，最易其振，输出波长为经敏化，最易其振，输出波长为2.9um。钬（钬（Ho3）掺掺Er：Tm：Ho的的YAG和和YLF，输出波长，输出波长掺掺Cr代替代替Er敏化，敏化，Cr：Tm：YAG激光器可有效吸收激光器可有效吸收闪光灯泵浦能量。输出波长闪光灯泵浦能量。输出波长2.1um。激活离子激活离子铥（铥（Tm3）与与Cr或或Ho一起实现一起实现YAG，YLF的高效闪光灯及二的高效闪光灯及二极管泵浦激光输出。极管泵浦激光输出。二极管泵浦二极管泵浦Tm：YAG实现实现2.01um输出输出二极管泵浦二极管泵浦Tm：Ho：YAG实现实现2

15、.09um输出输出高效闪光灯泵浦高效闪光灯泵浦Cr：Tm：YAG实现实现1.945um和和1.965um的可调输出的可调输出镨镨Pr3，钆，钆Gd3，铕，铕Eu3，镱，镱Yb3，铈，铈Ce3二极管泵浦的二极管泵浦的Yb:YAG激光器激光器二极管泵浦的掺二极管泵浦的掺Yb的光纤激光器的光纤激光器钐钐Sm2，镝，镝Dy2，铥，铥Tm2液氮冷却的作用下，液氮冷却的作用下，CaF2中产生过激光作用。中产生过激光作用。2.锕系离子锕系离子掺掺0.05%铀（铀（U）的）的CaF2成功用于激光器，输出成功用于激光器，输出2.6um。3.过渡金属过渡金属铬（铬（Cr3+)红宝石（红宝石（Cr3+：AL2O3）

16、，紫翠宝石（绿宝石，金），紫翠宝石（绿宝石，金绿宝石，翠绿宝石，绿宝石，翠绿宝石，Cr3：BeAl2O4）钛蓝宝石（钛宝石，钛蓝宝石（钛宝石，Ti3：AL2O3）Nd:YAG泵浦的泵浦的Co2+:MgF2激光器。激光器。敏化剂敏化剂在晶体中除了发光中心的激活离子外，再掺入一种或多种在晶体中除了发光中心的激活离子外，再掺入一种或多种施主离子，主要作用是施主离子，主要作用是吸收激活离子不吸收的光谱能量，吸收激活离子不吸收的光谱能量，并将吸收到的能量转移给激活离子并将吸收到的能量转移给激活离子。双掺或多掺杂晶体生长困难，工艺复杂。双掺或多掺杂晶体生长困难，工艺复杂。1、红宝石红宝石的基本特性的基本特

17、性Cr3+:Al2O3六方晶系，负单轴晶体六方晶系，负单轴晶体吸收光谱吸收光谱能级结构能级结构掺杂浓度度1.58E19(cm-3)受激受激辐射截面射截面2.5E-20(cm2)波波长694.3nm荧光寿命光寿命3.0ms量子效率量子效率0.7谱线线宽11(cm-1)，5.3(埃埃)Nd:YAG的基本特性的基本特性Nd3:Y3Al5O12立方晶系，光学各向同性立方晶系，光学各向同性掺杂浓度度1.38E20(cm-3)受激受激辐射截面射截面88E-20(cm2)波波长1064nm荧光寿命光寿命230us量子效率量子效率1谱线线宽4.5(埃埃)吸收光谱吸收光谱发射光谱发射光谱 Emission Pu

18、mpingTi:Sapphire 钛蓝宝石钛蓝宝石可调谐（可调谐（660-1180nm）Er:YAG 其它固体工作物质其它固体工作物质C C、固体激光器的光泵浦系统、固体激光器的光泵浦系统1 1、惰性气体灯、惰性气体灯结构结构管壁管壁电极电极接头接头气体气体脉冲灯的发射光谱脉冲灯的发射光谱2 2、激光二极管、激光二极管 光谱特性光谱特性1 1、端面泵浦、端面泵浦2 2、侧面泵浦、侧面泵浦3 3、基于内反射的泵浦构型、基于内反射的泵浦构型A、泵浦方式、泵浦方式3、泵浦耦合技术泵浦耦合技术B、耦合光学系统耦合光学系统聚光腔聚光腔聚光腔聚光腔3、泵浦耦合技术泵浦耦合技术聚光腔材料选择聚光腔材料选择金

19、属：铝金属：铝轻型系统轻型系统 铜铜热膨胀系数小，导热率高热膨胀系数小，导热率高 不锈钢不锈钢不生锈，光洁度高，热导率低不生锈，光洁度高，热导率低玻璃：易碎，导热性差，不生锈，耐腐蚀玻璃：易碎，导热性差，不生锈，耐腐蚀陶瓷：易碎，导热性差，不生锈，耐腐蚀陶瓷：易碎，导热性差，不生锈，耐腐蚀金属材料的反射率金属材料的反射率B、耦合光学系统耦合光学系统3、泵浦耦合技术泵浦耦合技术C、LD泵浦泵浦全固态激光器（全固态激光器（DPSSL）的的技术发展）的的技术发展平均功率：平均功率：110W 重复频率：重复频率：130kHz;脉宽：脉宽：230ns 不稳定性不稳定性:1 atm 一定压力的一定压力的C

20、O2,N2,He混合的气体分子激光器混合的气体分子激光器v波长波长 9-11um，最常见，最常见10.6umv效率高，功率范围大（几瓦效率高，功率范围大（几瓦几万瓦）几万瓦）v光束质量好光束质量好v运行方式多样，结构多样运行方式多样，结构多样CO2激光器中，加入其中的氦有利于激光下能级激光器中，加入其中的氦有利于激光下能级抽空。氮气加入主要在抽空。氮气加入主要在CO2激光器中起能量传递作用，激光器中起能量传递作用，为为CO2激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激激光上能级粒子数的积累与大功率高效率的激光输出起到强有力的作用。光输出起到强有力的作用。44CO2激光器结构图激光器结构图1、激光管

21、，包括：放电管、水冷套管和储气管；、激光管，包括：放电管、水冷套管和储气管；2、光学谐振腔，常用平凹腔，反射镜镀金膜，反射率达、光学谐振腔，常用平凹腔，反射镜镀金膜，反射率达98.8且化学性质稳定。且化学性质稳定。反射镜需要应用透红外光的材料反射镜需要应用透红外光的材料.3、电源及泵浦：封闭式、电源及泵浦：封闭式CO2激光器的放电电流较小，采用冷电激光器的放电电流较小，采用冷电极，阴极用钼片或镍片做成圆筒状。极，阴极用钼片或镍片做成圆筒状。3040mA的工作电流，阴的工作电流，阴极圆筒的面积极圆筒的面积500cm2，不致镜片污染。，不致镜片污染。45激励激励或或或或受激辐射受激辐射下能级排空下

22、能级排空(碰撞排空碰撞排空)工作过程工作过程放电，气体电离产生电子放电，气体电离产生电子46激光器类型激光器类型v封离型纵向激励封离型纵向激励CO2激光器激光器v高功率轴快流高功率轴快流CO2激光器激光器v高功率横流高功率横流CO2激光器激光器v横向激励高气压横向激励高气压CO2激光器（激光器（TEA）v波导波导CO2激光器激光器运行方式运行方式运行方式运行方式4748He-Ne激光器激光器v气体原子激光器气体原子激光器v输出谱线：输出谱线：632.8nm，1.15um，3.39um，以，以632.8nm为最为最常见。常见。v功率在功率在mW级，最大级，最大1Wv光束质量好，发散角可小于光束质

23、量好，发散角可小于1mradv单色性好，带宽可小于单色性好，带宽可小于20Hzv稳定性高稳定性高工作物质：工作物质：He Ne混合气体，体积比混合气体，体积比8：2，少量，少量N249工作过程工作过程形成粒子数反转形成粒子数反转(能级寿命上能级寿命上10-7s:下下10-8s)2、He与电子碰撞与电子碰撞1、放电：、放电：He电离产生电子电离产生电子3、能量共振转移、能量共振转移504、受激辐射、受激辐射5、紫外辐射、紫外辐射6、下能级排空、下能级排空 通过通过Ne与管壁的碰撞，管与管壁的碰撞，管壁发热放电管很细（壁发热放电管很细（2-3mm），），加大碰撞几率，利于碰撞发生。加大碰撞几率，利

24、于碰撞发生。51Ar离子激光器离子激光器v气体离子激光器气体离子激光器v连续工作的氩离子激光器可以有连续工作的氩离子激光器可以有9条蓝绿光谱线。条蓝绿光谱线。主要波长主要波长488nm488nm，514.5nm514.5nmv常见功率几十瓦，最高常见功率几十瓦，最高500W500Wv直流放电泵浦，能量转换效率低直流放电泵浦，能量转换效率低激光跃迁上能级粒子数集聚主要有三种激光跃迁上能级粒子数集聚主要有三种途径：途径：a，基态氩离子与电子碰撞直接激发到，基态氩离子与电子碰撞直接激发到4p态；态；b，先激发到高于，先激发到高于4p的其他能级，的其他能级，然后通过级联辐射跃迁至然后通过级联辐射跃迁至

25、4p；c，基态氩离子激发至低于，基态氩离子激发至低于4p的亚稳态后的亚稳态后再被激发到再被激发到4p。Ar Ion LasersAr Ion Lasers52如果使用蓝绿波段高反射的反射镜，则所有这些谱线都会同如果使用蓝绿波段高反射的反射镜，则所有这些谱线都会同时出现。通过使用棱镜，可以选择其中某个波长。时出现。通过使用棱镜，可以选择其中某个波长。如果放电电流足够大，则可能在双电离氩离子上产生激光，如果放电电流足够大，则可能在双电离氩离子上产生激光，光谱范围位于紫外光谱范围位于紫外300-386nm300-386nm。氪离子激光器氪离子激光器与氩离子激光器构造基本相同，激光介质为氪与氩离子激光

26、器构造基本相同，激光介质为氪气，其产生的谱线除了蓝绿光以外在红外和紫外波段都有。气，其产生的谱线除了蓝绿光以外在红外和紫外波段都有。5354准分子激光器准分子激光器v准分子是一种在激发态结合为分子，在基态离解为原子的准分子是一种在激发态结合为分子，在基态离解为原子的不稳定缔合物。不稳定缔合物。（Excimer）v跃迁发生在束缚的激发态和排斥的基态之间。跃迁发生在束缚的激发态和排斥的基态之间。v高重复率高重复率,可调谐可调谐v量子效率高量子效率高v波长短，紫外到可见区波长短，紫外到可见区v常见准分子激光器如：常见准分子激光器如：KrF：249nm；XeCl：308nm；ArF：193nm。555

27、63、液体激光器、液体激光器v以某种以某种有机染料有机染料溶解于一定溶剂中作为激活介质溶解于一定溶剂中作为激活介质的激光器的激光器优点：优点：v波长可调谐，调谐范围宽波长可调谐，调谐范围宽v光谱分辨率高光谱分辨率高v结构简单结构简单v价格便宜价格便宜v稳定性差稳定性差若丹明若丹明6G（Rhodamine 6G）溶于甲醇或者乙二醇。溶于甲醇或者乙二醇。57将充有染料溶液盒放将充有染料溶液盒放置于激光腔内，提供置于激光腔内，提供泵浦，产生激光。泵浦，产生激光。用光栅代替反射镜。用光栅代替反射镜。激发辐射带宽降低到激发辐射带宽降低到0.5，可以让激光，可以让激光在整个荧光带范围内在整个荧光带范围内调

28、节。调节。泵浦可以用闪光灯来泵浦可以用闪光灯来实现，得到的激光脉实现，得到的激光脉宽宽1ms，峰值功率几，峰值功率几kW，重复频率，重复频率1Hz。也可以用固定波长激也可以用固定波长激光器泵浦。光器泵浦。工作原理工作原理58Dye laser output curves of some common laser dyes59自由电子穿过磁场产生自发辐射，自由电子穿过磁场产生自发辐射，自由电子跟光场的能量转移自由电子跟光场的能量转移自由电子的群聚自由电子的群聚 光波长尺度小团，产生相干辐射光波长尺度小团，产生相干辐射 4、自由电子激光器、自由电子激光器60杰斐逊实验室自由电子激光器杰斐逊实验室自

29、由电子激光器第一个自由电子激光器第一个自由电子激光器（IR-Demo）于）于1999 年年8月调试完毕月调试完毕 61北京自由电子激光装置北京自由电子激光装置(BFEL)是一台基于是一台基于30MeV电子直线电子直线射频加速器驱动、用热阴极微波电子枪射频加速器驱动、用热阴极微波电子枪 和和a铁作为注入器、用平铁作为注入器、用平面型永磁扭摆铁和光学谐振腔作为光电互作用装置的低增益中面型永磁扭摆铁和光学谐振腔作为光电互作用装置的低增益中远远 红外红外(7-19mm)自由电子激光器。自由电子激光器。波形光谱能量波形光谱能量光光传传输输线线光腔准直监控光腔准直监控 625、半导体激光器、半导体激光器有

30、源层：有源层：结构中间有一层厚结构中间有一层厚0.10.3 m的窄带隙的窄带隙P型半导体；型半导体；限制层：限制层：两侧分别为宽带隙的两侧分别为宽带隙的P型和型和N型半导体。型半导体。3层半导体置于基片层半导体置于基片(衬底衬底)上，上，谐振腔：谐振腔：前后两个晶体解理前后两个晶体解理面作为反射镜构成法布里面作为反射镜构成法布里-珀罗珀罗(FP)。63DH激光器工作原理激光器工作原理施施加加正正向向偏偏压压后后，P层层的的空空穴穴和和N层层的的电电子子注注入入有有源源层层。由由于于限限制制层层的的带带隙隙比比有有源源层层宽宽，注注入入到到有有源源层层的的电电子子和和空空穴穴被被限制在有源层内。

31、限制在有源层内。(a)双异质结构；双异质结构；(b)能带；能带；(c)折射率分布；折射率分布；(d)光功率分布光功率分布 有有源源层层内内电电子子和和空空穴穴形形成成粒粒子子数数反反转转分分布布，只只要要很很小小的的外外加加电电流流，就就可可以以使使电电子子和和空空穴穴浓浓度增大而提高效益。度增大而提高效益。另另一一方方面面，有有源源层层的的折折射射率率比比限限制制层层高高，产产生生的的激激光光被被限限制制在在有有源源区区波波导导内内，因因而而电电/光光转转换换效效率率很很高高，输输出出激激光光的的阈阈值值电电流流很很低低，很很小小的的散散热热体体就就可可以在室温连续工作。以在室温连续工作。6

32、4半导体激光器的主要特性半导体激光器的主要特性发射波长发射波长GaAlAs/GaAs材料适用于材料适用于0.85 m波段，波段，InGaAsP/InP材料适用于材料适用于1.31.55 m波段。波段。直流驱动时四种不同电流下的输出光谱直流驱动时四种不同电流下的输出光谱GaAlAs DH激光器的光谱特性激光器的光谱特性65GaAlAs DH条形激光器的光场条形激光器的光场(b)光强的角分布光强的角分布(a)辐射光束辐射光束66分布反馈激光器分布反馈激光器(Distributed Feed Back,DFB)优点：优点：单纵模单纵模 谱线窄，谱线窄，波长稳定性好波长稳定性好 动态谱线好动态谱线好

33、线性好线性好67 通通常常把把光光源源做做成成组组件件，同同时时利利用用热热敏敏电电阻阻和和冷冷却却元元件件进进行温度监测和自动温度控制行温度监测和自动温度控制(ATC)。实际应用中的光源模块实际应用中的光源模块686、光纤激光器、光纤激光器光纤激光器的特点：光纤激光器的特点：效率高，阈值低，窄线宽、可调谐、紧凑小巧和高效率高，阈值低，窄线宽、可调谐、紧凑小巧和高性能的价格比。性能的价格比。光纤激光器的类型光纤激光器的类型（1 1）稀土类掺杂光纤激光器）稀土类掺杂光纤激光器（2 2）光纤非线性效应激光器）光纤非线性效应激光器（3 3）单晶光纤激光器）单晶光纤激光器（4 4）塑科光纤激光器）塑科

34、光纤激光器（5 5）光纤孤子激光器）光纤孤子激光器 掺镱双包层光纤激光器掺镱双包层光纤激光器:吸收峰：吸收峰：975nm975nm，915nm915nm。发射谱段：发射谱段：975975l200nm l200nm 69增益介质增益介质-工作物质：工作物质：增益介质：增益介质：掺杂稀土离子光掺杂稀土离子光纤纤 稀土元素：稀土元素：钕钕Nd、铒铒Er、镱镱Yb、铥铥Tm、钬钬Ho、钐钐Sm、钍钍Tu70掺稀土光纤的光谱特性掺稀土光纤的光谱特性掺钕光纤：掺钕光纤：使用使用800nm、900nm、530nm波波长的泵浦光源，将在长的泵浦光源，将在900nm、1060nm、1350nm波长处得到波长处得

35、到激光。激光。掺铒光纤：掺铒光纤：使用使用800nm、900nm、1480nm、530nm波长的泵浦光源，将在波长的泵浦光源，将在900nm、1060nm、1536nm波长波长处得到激光。掺铒光纤存在最处得到激光。掺铒光纤存在最佳光纤长度。佳光纤长度。71谐振腔谐振腔结构结构1.Fabry-Perot腔光纤光栅光纤光栅F-P腔腔光纤环形镜光纤环形镜Fabry-Perot腔腔环形镜环形镜泵光泵光掺杂光纤掺杂光纤激光激光剩余剩余泵光泵光722.2.环形腔环形腔 光纤光栅滤波器型环形腔掺铒光纤激光器结构图光纤光栅滤波器型环形腔掺铒光纤激光器结构图并列光栅型环形腔掺铒光纤激光器结构图并列光栅型环形腔掺

36、铒光纤激光器结构图73双包层光纤激光器双包层光纤激光器双包层光纤结构示意图双包层光纤结构示意图纤芯：纤芯：由掺稀土元素的由掺稀土元素的SiO2构成，它作为激光振荡的通道，对相构成，它作为激光振荡的通道，对相应波长为单模；应波长为单模；内包层：内包层：内包层由横向尺寸和数值孔径比纤芯大的多、折射率内包层由横向尺寸和数值孔径比纤芯大的多、折射率比纤芯小的纯比纤芯小的纯SiO2构成，它是泵光通道，对泵光波长是多模的；构成，它是泵光通道，对泵光波长是多模的；外包层：外包层：外包层由折射率比内包层小的软塑材料构成；外包层由折射率比内包层小的软塑材料构成；保护层：保护层：最外层由硬塑材料包围，构成光纤的保护层。最外层由硬塑材料包围，构成光纤的保护层。74双包层光纤结构：提高泵浦光的吸收效率双包层光纤结构：提高泵浦光的吸收效率双包层光纤结构：提高泵浦光的吸收效率双包层光纤结构：提高泵浦光的吸收效率75双包层光纤激光器双包层光纤激光器结构结构76Feasibility test of high power scaling77结结 束束