用掺稀土元素的光纤来充当增益介质是光纤激光器的基本结构,主要是由泵浦源,耦合器,掺稀土元素的光纤,谐振腔等器件来构成的。泵浦源一般是由一个或者几个大功率的激光二极管组合而成,由泵浦源发出的光经过一定的泵浦结构进入掺稀土元素的光纤中,掺杂光纤吸收光子后发生了粒子数的反转,受激发射出来后的光波经过震荡然后形成激光发射出来。

光纤激光器通常将Tm、Er、Yb、Nd等不同的稀土离子掺杂进光纤内,通过不同稀土离子的特性不同来获得所对应波段的激光输出。与传统的光纤激光器相比,单模光纤的纤芯不是很大,所以泵浦光不容易有效称合到光纤的纤芯里,同时它要求进入到纤芯的泵浦光同样是单模的,这样就阻碍了泵浦光称合效率的提高,同时斜率效率和输出功率也都变小了。随着光纤技术的迅猛发展,大功率的激光器出现以及后来市场上的快速推广,人们对处于人眼安全波长领域的光纤激光器和光纤放大器的需求量都在快速的增长,但是利用传统的光学技术是很难制作出人眼安全波长范围内的激光器,而光纤激光器正好可以做到这一点,所以正好能够迎合这个需求巨大的市场。

光纤激光器以后发展的主要方向就是面向人眼安全的医疗、激光武器、先进制造技术、光通信和遥感等领域,这对于掺铥光纤激光器来说是一个很好的机会。而与以前的激光器相进行对比,掺铥光纤激光器具有其明显的一些优势:

1.免维护,功能稳定,使用时间长由于光纤和光纤元件之问的连接结构和连接参数在长时间内都可以保持稳定,所以掺铥激光器不用经常维护,以输出功率为标准,它比固体激光器有更小的体积和重量,它重量更轻,而且寿命也更长。

2.波长范围宽易调谐由于稀土离子的能级结构很丰富,所以能级跃迁范围从紫外波段到红外波段,能够实现的能级跃迁方式也很多。所以激光器的的激光输出可以通过利用不同的掺杂离子来得到。稀土离子能级较宽,并且玻璃光纤焚光谱比较宽,因此可以通过插入适当的波长选择器来实现调谐范围较宽的的激光器。

3.转换效率高

光纤激光器的泵浦光称合效率很高,是因为它有具有波导式 光纤结构,而且纤芯直径小造成较大的功率密度,同时纤芯的表面积与体积比也很高。由于光纤激光器对温度的稳定性与散热性能较好,功率非常高时也不会使增益介质收到热损害,所以转换的效率较高。转换效率高在很大程度降低了激光器运行成本。

4.抗干扰性能强

掺铥光纤激光器具有优异的热性能,其全封闭的光路可以使光纤激光器在复杂的环境下稳定工作,它的电光效率高,对于高强度的震动和冲击的复杂环境中都能够正常使用。

5.光束质量好

光纤激光器输出的激光光束质量是由光纤内部波导结构决定的,不会随温度变化而变化,能够得到单纵模的激光输出,同时拥有单色性、稳定性和方向性。由于掺银光纤激光器一般是使用半导体激光器作为泵浦源,掺铥光纤作为增益介质与波导介质,并且利用了光纤光栅,称合器等元器件,所以掺铥光纤激光器的机械光路不需要调整,整个系统的结构紧凑,集成简单。而掺铥光纤激光器具有很强的抗电磁干扰能力,这是因为器件的全光纤结构决定的,温度膨胀系数较小, 在时域上通过配合激光锁摸就可以获得基本没有啁啾的皮秒级变换光脉冲,而在频域上应用光纤传感技术以及WDM则可实现可调谐多波长的输出。