光纤激光器是一种以掺稀土元素(如镱、铒、铥等)的玻璃光纤作为增益介质的激光装置,通过泵浦光激发实现粒子数反转,并在谐振腔中形成激光振荡输出属于固体激光器,具有光电转换效率高、结构简单、光束质量好等明显优势,在多个领域得到广泛应用。
光纤激光器基于受激辐射原理工作。泵浦源(如半导体激光器)产生的泵浦光通过耦合器进入掺杂稀土元素(如铒、镱、钕等)的光纤中。稀土离子吸收泵浦光能量后跃迁至高能级,随后通过受激辐射回到低能级,释放出与入射光子相同频率、相位和方向的光子,形成激光输出。光纤同时作为导波介质,引导激光在纤芯内传播,并通过谐振腔(如光纤光栅)形成正反馈,实现激光振荡。
核心结构
增益光纤:掺杂稀土元素的光纤,是激光产生的核心介质。其性能直接影响激光的输出特性。
泵浦源:提供能量的外部光源,通常为半导体激光器。泵浦光通过耦合器注入增益光纤。
谐振腔:由光纤光栅、反射镜或波长选择元件构成,提供光反馈并放大受激辐射光。
耦合器:将泵浦光耦合到增益光纤中,同时输出激光信号。
控制系统:包括电源系统、温度控制和安全保护模块,确保激光器稳定运行。
技术特点:
高光束质量:光纤的波导特性使激光光束质量良好,适用于高精度加工。
高转换效率:光电转换效率可达20%以上,大幅节约能耗。
高可靠性:光纤激光器结构紧凑,免维护,适用于恶劣工作环境。
热管理:光纤表面积/体积比高,散热快,无需复杂冷却系统。
灵活性高:光纤可柔性传输,支持多维空间加工,机械系统设计简单。