光纤激光器作为第三代激光技术的代表,具有以下优势:(1)玻璃
光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化优势;(2)玻璃光纤对入射泵浦光不需要像晶体那样的严格的相位匹配,这是由于玻璃基质Stark 分裂引起的非均匀展宽造成吸收带较宽的缘故;(3)玻璃材料具有极低的体积面积比,散热快、损耗低,所以上转换效率较高,激光阈值低;(4)输出激光波长多:这是因为稀土离子能级非常丰富及其稀土离子种类之多;(5)可调谐性:由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽。(6)由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片,具有免调节、免维护、高稳定性的优点,这是传统激光器无法比拟的。(7)光纤导出,使得激光器能轻易胜任各种多维任意空间加工应用,使机械系统的设计变得非常简单。(8)胜任恶劣的工作环境,对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。(9)不需热电制冷和水冷,只需简单的风冷。(10)高的电光效率:综合电光效率高达20%以上,大幅度节约工作时的耗电,节约运行成本。(11)高功率,目前商用化的光纤激光器是六千瓦。光纤激光的原理如下:由泵浦源发出的泵浦光通过一面反射镜耦合进入
增益介质中,由于增益介质为掺稀土元素光纤,因此泵浦光被吸收,吸收了光子能量的稀土离子发生能级跃迁并实现粒子数反转,反转后的粒子经过谐振腔,由激发态跃迁回基态,释放能量,并形成稳定的激光输出。光纤激光器的结构类似于传统的固体激光器、气体激光器,主要由泵浦源、增益介质、谐振腔三大部分构成,如下图所示。其中,泵浦源一般为高功率的半导体激光器,增益介质为掺稀土元素的玻璃光纤,谐振腔由耦合器或光纤光栅等构成。光纤激光器,英文名称为Fiber Laser,是一种以掺稀土元素的玻璃光纤为增益介质来产生激光输出的装置。光纤激光器可在光纤放大器的基础上进行开发,由于光纤激光器中光纤纤芯很细,因此在泵浦光作用下,光纤内部功率密度高,使得激光能级出现“粒子数反转”现象,在此基础上,再通过正反馈回路构成谐振腔,便可在输出处形成激光振荡。光纤耦合的半导体激光器的输出光亮度也就是指光纤尾纤输出的光亮度。
光亮度是表示发光面明亮程度的,指发光表面在指定方向的发光强度与垂直且指定方向的发光面的面积之比,单位是坎德拉/平方米。
所以这里能找到相关项:发光强度、方向、光纤类型。
发光强度主要与半导体芯片的出光功率及耦合效率有关,如果光纤长度很长还得考虑光纤损耗。
而对于光纤来说,光纤的NA是一定的,如果波长不变,发散角是不变的。但激光器是可调谐半导体激光器或者芯片工作温度发生变化,这些会导致输出波长变化。
光纤分为单模光纤和多模光纤,单模光纤芯径小,几个微米,而多模光纤芯径大,50um 以上,这样发光面就有不小的差别。
综上
光纤耦合的半导体激光器的输出光亮度 是在不考虑波长的情况下 激光器芯片输出功率越高,耦合效率越大,使用的光纤芯径越小,亮度越大。
简言之,就是他们发射激光的介质材料不同。光纤激光器使用的增益介质是光纤,半导体激光器使用的增益介质是半导体材料,一般是砷化镓,铟镓申等。(同理,固体激光器的增益介质一般是晶体或者玻璃,陶瓷等。气体的就是使用氦氖气,二氧化碳等。)半导体激光器的发光机理是粒子在导带和价带之间跃迁产生光子,因为是半导体,所以使用电激励即可,是直接的电光转换。而光纤不能够直接实现电光转换,需要用光来泵浦增益介质(一般用激光二极管泵浦),它实现的是光光转换。
光纤激光器散热好,一般风冷即可。半导体激光器受温度影响非常大,当功率较大是,需要水冷。
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