掺铥光纤激光器的原理|特点|应用

　　光纤激光器是以掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器。掺铥光纤为增益介质的掺铥光纤激光器以其在2μm波段的重要地位，已在YL、激光遥感、激光测距、光谱分析、空间光通信和军事等方面凸显优势。

掺铥光纤激光器的原理

　　激光产生的基本条件可归纳为：形成粒子数反转、提供光反馈、满足激光振荡的阈值条件。因而激光器通常由激光工作介质(增益介质)、泵浦源、光学谐振腔组成。掺铥光纤激光器虽然与其他类型的激光器在形态、材料以及内部构造等方面大相径庭，但其基本工作原理相同，都是由泵浦源、增益介质和谐振腔三部分构成。

　　掺铥光纤激光器一般选用大功率的LD二极管阵列作为泵浦源。光纤激光器的增益介质为掺杂光纤，掺杂光纤放置在两个反射率经过选择和设计的腔镜之间，泵浦光从光纤激光器的前腔镜耦合进入掺杂光纤。这里的谐振腔由两个二色镜构成，可以直接在光纤端面上镀膜，另外也可以采用光纤光栅或者定向耦合器的方式构成谐振腔。为了充分利用泵浦光，获得高功率的激光输出，要求前腔镜对泵浦光高透低反，而对信号光高反，后腔镜对泵浦光高反，而对信号光部分透过，但实际上，由于后腔镜很难同时满足对激光和泵浦光的透射和反射要求，不可避免的会有少量泵浦光从后腔镜输出。

　　泵浦光通过掺杂光纤时，就会被光纤纤芯中的稀土离子所吸收，吸收了光子能量的稀土离子就会跃迁到激光上能级，在形成激光的上下两个能级之间形成粒子数反转。反转后的粒子数又以自发辐射或者受激辐射等形式跃迁到激光下能级，并且释放光子，当加入反馈回路(构成谐振腔)便会形成激光振荡，并输出激光。

掺铥光纤激光器的特点

　　掺铥光纤激光器作为第三代激光技术的代表，比起目前其他类型的激光器，无论在效率、体积、冷却和光束质量等方面均具有无可比拟的优势。主要表现在：

　　1、结构简单，体积小巧，使用灵活方便。掺铥光纤激光器的泵浦源采用体积小巧易于模块化的高功率半导体激光器，并利用光纤本身作为增益介质，由于光纤柔软，几乎可以弯曲成任意形状。

　　2、输出光束质量好。掺铥光纤激光器光束质量是由纤芯的波导结构(纤芯直径d和数值孔径NA)决定，不会因热变形而变化，易于实现高光束质量的激光输出。

　　3、易于实现GX率和高功率。就双包层光纤激光器而言，由于双包层光纤内包层的横截面尺寸和数值孔径(NA)都比较大，高功率多模泵浦光很容易GX地耦合进入内包层，通过选择合理的内包层形状和参数，可以使大量泵浦光被纤芯吸收，进而实现GX率、高功率的激光输出。

　　4、散热性能好。掺铥光纤激光器采用掺铥光纤本身作为增益介质，掺铥光纤表面积/体积比很大，因而散热性能好。

掺铥光纤激光器的应用

　　掺铥光纤激光器作为光纤激光器的一种，不仅继承了光纤激光器上述优点，而且铥离子丰富的能级结构和光谱特性决定了掺铥光纤激光器在2μm波段光纤激光器研究领域的重要地位。

　　由于水分子在2μm波段的激光附近有很强的中红外吸收峰，因此，利用该波段的激光器进行手术时，激光照射部位血液会迅速凝固，手术创面小，止血性好，加上该波段激光对人眼是安全的，所以2μm掺铥光纤激光器在YL和生物学研究方面具有广泛的应用前景。

　　掺铥光纤激光器集CO2激光器现有特性、Nd：YAG激光器的止血效果、以及Ho：YAG激光器损失组织小的特性于一身，在YL上的主要应用有：在眼科手术中，高功率掺铥光纤激光器能使角膜成形手术成功率很高，同时还可以ZL近视、远视等眼科疾病;在整形美容手术中，高功率2μm激光在ZL皮肤癌和去纹身方面已取得了良好效果;在心血管手术中，利用光纤的柔韧性和光纤激光器光束质量好的特点，可以使光纤很方便地进入人体内排除肿瘤和各种淤积物。

　　另外2μm激光正好处于大气光传输的低损耗窗口，因此掺铥光纤激光器在遥感和光通信方面也有着很好的应用前景，是激光测距机、相干多普勒测风雷达、激光雷达系统等的理想光源。