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、氟化锆玻璃、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(1460～1530 nm)、C 一波段

(1530～1565 nm)、L 一波段(1565 1610 nm)。

4 光纤激光器的特点

在激光振荡中．将能量集中于谐振腔所选的驻波以产生相干光。在光技术中，只有光纤和波
导能对光轴方向和横模方向进行三维模控制。在以单模光纤作增益介质的光纤激光器中无竞
争横模，因此可进行稳定的激光振荡。在由激光引起的热损伤、受激喇曼散射和受激布里渊
散射发生之前，如果没有模的竞争，那么只要注入泵浦光，就能增大激光输出功率。激光的
增益和损耗比限制存储于激光介质中的能量转换效率。因光纤本身的损耗低，与其他激光器
相比，具有超长

(5—10 m 以上)特征的光纤激光器的增益和损耗比大 100 倍一 1000 倍。因此，

即使进行模控制

,也可将存储能量几乎无损耗地转换成激光(光能)。实际上，光纤激光器的输

出功率与泵浦光成正比地线性增大，其转换效率达到

85％。在 950 nm 波段激励,在 1080 nm

波段振荡的镱量子效率为

88％。由此可知，激光功率几乎无损耗。例如，芯径为 40 m，长度

为

10 m，输出功率为 1.36 kW 的单模光纤激光器，其实际激光介质的体积只不过为 9 mm。

这表明，尺寸为

2 mmx2 mm~2．5 mm 的微芯片激光器能产生 1.36 kW 的输出功率。

图

2 千瓦级光纤激光器的体积与微芯片激光器相同

光纤激光器具有无竞争模、冷却效率和激光效率较高的优异特性。就具有超长增益泵浦和低
损耗特性的光纤激光器而言，如果予以泵浦功率，则仅端面反射很容易实现激光振荡，因
此技术开发的关键在于如何注入泵浦光。光纤激光器的供应商美国

IPG 和 SPI 公司现已开发

出一种将单条

LD 进行光纤耦合，然后注入双包层中第 l 包层的方式。这是一种以长寿命、高

亮度光纤耦合型

LD 作为基本部件的最佳方式。另外，科研人员还提出了光纤盘形方式，这

种方式适用于光纤传输光的

LD 泵浦固体激光元件，该泵浦方式同样可以满足放大千瓦以

上输出功率的要求。光纤激光器使用光纤布喇格衍射光栅

(FBG)。对石英光纤照射紫外光，

写入调制折射率便形成一维

FBG。与普通的衍射光栅相比，这种折射率略差的光栅写入长

度

>l cm，几乎无损耗，可成为选择多波长的反射镜。因此，即使组成多级叠加 FBG 激光谐

振腔，也能保持高效率的能量转换。例如喇曼光纤激光器，通过三级

FBG 谐振腔在多波长

移位的情况下，也能获得近

50％的转换效率。若将光纤连接到环上，使双向传输的光发生

干涉以形成动态衍射光栅。科研人员以用于重力波检测的激光为基础，成功研制出单频光纤
激光器。

Yb 光纤激光器具有准三能级的能量结构，所以未被激发时，略有基态吸收。左侧长

为

16 m 的环形反射镜等于因光干涉而形成 3 000 万个吸收型衍射光栅，可进行单纵模振荡，

其谱线宽度仅为

2 kHz。在单频 T 作时，输出稳定性极好，3 h 平均稳定性仅为 0.8％。除以纯

模振荡的光纤激光器达不到这种稳定性外，已商品化的光纤激光器的稳定性为

2％。利用光