光纤激光器的工作原理及其发展前景1引言光纤激光器于1963年发明，到20世纪80年代末  批商用光纤激光器面市，经历了20多年的发展历程。光纤激光器被人们视为一种  速光通信用放大器。光纤激光器技术在高速率大容量波分复用光纤通信系统、高精度光纤传感技术和大功率激光等方面呈现出广阔的应用前景和巨大的技术优势。光纤激光器有很多  优点，比如：激光阈值低、高增益、良好的散热、可调谐参数多、宽的吸收和辐射以及与其他光纤设备兼容、体积小等。近年来光纤激光器的输出功率得到迅速提高。已达到10—100kW。作为工业用激光器,现已成为输出功率  的激光器。光纤激光器的技术研究受到世界各国的普遍重视，已成为国际学术界的热门  研究课题。其应用领域也已从目前  成熟的光纤通讯网络方面迅速地向其他 为广阔的激光应用领域扩展。本文简要介绍了光纤激光器的结构、工作原理、分类、特点及其研究进展，最后对光纤激光器的发展前景进行了展望。2光纤激光器的结构及工作原理2.1光纤激光器的结构和传统的固体、气体激光器一样。光纤激光器基本也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本的要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器(LD)，增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发辐射所产生的自发辐射光经受激放大和谐振腔的选模作用后．最终形成稳定激光输出。图1为典型的光纤激光器的基本构型。增益介质为掺稀土离子的光纤芯，掺杂光纤夹在2个仔细选择的反射镜之间．从而构成F—P谐振器。泵浦光束从  个反射镜入射到稀土掺杂光纤中．激射输出光从  个反射镜输出来。2.2光纤激光器的工作原理掺稀土元素的光纤放大器促进了光纤激光器的发展，因为光纤放大器可以通过适当的反馈机理形成光纤激光器。当泵浦光通过光纤中的稀土离子时．就会被稀土离子所吸收。这时吸收光子能量的稀土原子电子就会激励到较高激射能级，从而实现离子数反转，反转后的离子数就会以辐射形式从高能级转移到基态，并且释放出能量，完成受激辐射。从激发态到基态的辐射方式有2种：自发辐射和受激辐射。其中，受激辐射是一种同频率、同相位的辐射，可以形成相干性很好的激光。激光发射是受激辐射远远超过自发辐射的物理过程，为了使这种过程持续发生，必须形成离子数反转．因此要求参与过程的能级应超过2个，同时还要有泵浦源提供能量。光纤激光器实际上也可以称为波长转换器．通过它可以将泵浦波长光转换为所需的激射波长光。例如，掺铒光纤激光器将980nm的泵浦光进行泵浦，输出1550nm的激光。激光的输出可以是连续的，也可以是脉冲形式的。激光输出是连续的还是脉冲输出形式主要依赖于激光工作介质．如果是连续形式输出，激光上能级的自发发射寿命必须高于激光下能级以获得较高的粒子数反转。如果是脉冲形式输出．激光下能级的寿命就会超过上能级，此时就会以脉冲的形式输出光纤激光器有2种激射状态：三能级和四能级激射。3光纤激光器的分类(1)按增益介质分类:稀土离子掺杂光纤激光器(Nd3+、Er3+．yb3+、Tm3+等，基质可以是石英玻璃、   玻璃、单晶)。非线性效应光纤激光器(利用光纤中的SRS、SBS非线性效应产生波长可调谐的激光)。在光纤中掺人不同的稀土离子，并采用适当的泵浦技术，即可获得不同波段的激光输出。(2)按谐振腔结构分类:F—P腔、环形腔、环路反射器光纤谐振腔以及”8”字形腔、DBR光纤激光器、DFB光纤激光器(3)按光纤结构分类:单和双包层光纤激光器、光子晶体光纤激光器、特种光纤激光器。(4)按输出激光类型分类:连续光纤激光器．超短脉冲光纤激光器、大功率光纤激光器。(5)按输出波长分类:S一波段(1460～1530nm)、C一波段(1530～1565nm)、L一波段(1565～1610nm)。