光纖激光器在各領(lǐng)域有哪些應(yīng)用？

光纖激光器指以光纖為基質(zhì)摻雜某些激活元素作為工作物質(zhì)，激光器中輸入泵浦光源時，能級上的粒子數(shù)密度在光纖內(nèi)高功率密度的作用下發(fā)生反轉(zhuǎn)，然后再加上一定的反饋回路裝置就可以構(gòu)成諧振腔，從而輸出穩(wěn)定激光。光纖激光器可以滿足多領(lǐng)域方面的應(yīng)用需求，并且在這些應(yīng)用中，光纖激光器都占有主導(dǎo)地位。

光纖激光器采用的工作介質(zhì)具有光纖的形式，其特性要受到光纖渡導(dǎo)性質(zhì)的影響。進(jìn)入到光纖中的泵浦光一般具有多個模式，而信號光電可能具有多個模式，不同的泵浦模式對不同的信號模式產(chǎn)生不同的影響，使得光纖激光器和放大器的分析比較復(fù)雜，在很多情況下難以得到解析解，不得不借助于數(shù)值計(jì)算。光纖中的摻雜分布對光纖激光器也產(chǎn)生很大的影響，為了使介質(zhì)具有增益特性，將工作離子(即雜質(zhì))摻雜進(jìn)光纖。一般情況下，工作離子在纖芯中均勻分布.但不同模式的泵浦光在光纖中的分布是非均勻的。因而，為了提高泵浦效率，應(yīng)該盡量使離子分布和泵浦能量的分布相重合。在對光纖激光器進(jìn)行分析時，除了基于前面討論的激光器的一般原理，還要考慮其自身特點(diǎn)，引入不同的模型和采用特殊的分析方法，以達(dá)到最好的分析效果。

和傳統(tǒng)的固體、氣體激光器一樣，光纖激光器也是由泵浦源、增益介質(zhì)、諧振腔三個基本要素組成。泵浦源一般采用高功率半導(dǎo)體激光器，增益介質(zhì)為稀土摻雜光纖或普通非線性光纖，諧振腔可以由光纖光柵等光學(xué)反饋元件構(gòu)成各種直線型諧振腔，也可以用耦合器構(gòu)成各種環(huán)形諧振腔。泵浦光經(jīng)適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)系統(tǒng)耦合進(jìn)入增益光纖，增益光纖在吸收泵浦光后形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)或非線性增益并產(chǎn)生自發(fā)發(fā)射。所產(chǎn)生的自發(fā)發(fā)射光經(jīng)受激放大和諧振腔的選模作用后，最終形成穩(wěn)定激光輸出。

光纖激光器在工業(yè)方面的應(yīng)用

光纖激光器的結(jié)構(gòu)緊湊、不易受環(huán)境影響、維護(hù)次數(shù)少、光轉(zhuǎn)換效率好以及易和光纖組成的導(dǎo)光系統(tǒng)耦合等優(yōu)勢使其在工業(yè)生產(chǎn)方面受到格外關(guān)注。目前，傳統(tǒng)的激光器在激光切割、激光焊接、激光打標(biāo)等方面的優(yōu)勢正逐漸被光纖激光器所取代。由于光纖激光器具備高定位精度和光束質(zhì)量，所以光纖激光打標(biāo)系統(tǒng)代替了效率不高的二氧化碳激光等激光打標(biāo)系統(tǒng)，這種取代方式發(fā)展迅猛。隨著上千瓦或幾萬瓦的高功率光纖激光器展露頭角，光纖激光器也在激光切割和焊接領(lǐng)域迅速發(fā)展起來。

光纖激光器在傳感上的應(yīng)用

較之于其他光源，光纖激光器被用作傳感光源有很多優(yōu)勢。首先，光纖激光器具有利用率高、可調(diào)諧、穩(wěn)固性好、緊湊小巧、重量輕、維護(hù)方便和光束質(zhì)量好等優(yōu)秀性能。其次，光纖激光能很好地與光纖耦合，與現(xiàn)有的光纖器件完全兼容，能舉行全光纖測試?，F(xiàn)在，基于可調(diào)諧窄線寬光纖激光器的光纖傳感是該領(lǐng)域的應(yīng)用熱門之一。該光纖激光器的光譜線寬很窄，具有超長干系長度，并且可以對頻率舉行快速調(diào)制。把這種窄線寬光纖激光器應(yīng)用到漫衍式傳感體系，可實(shí)現(xiàn)超長間隔、超高精度的光纖傳感。在美國和歐洲，這種基于可調(diào)諧窄線寬光纖激光器的傳感技能被遍及應(yīng)用到。

光纖激光器在通訊上的應(yīng)用

光纖激光器相比于常規(guī)激光系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)緊湊性、散熱、光束質(zhì)量、體積以及與現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性等方面具有顯著優(yōu)勢，在通訊領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

摻稀土光纖為增益介質(zhì)的鎖模光纖激光器可以產(chǎn)生高重復(fù)率、脈寬為皮秒或飛秒量級的超短光脈沖，而且其激射波長又落在光纖通信的最佳窗口1.55 μm波段上，是未來高速光通信系統(tǒng)的理想光源。目前，10GHz 與40 GHz重復(fù)頻率的鎖模光纖激光器已經(jīng)研制成功。一旦這種通訊網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)開展，對這類型激光器的需求將是巨大的。

光纖激光器在醫(yī)療上的應(yīng)用

現(xiàn)在，用于臨床的激光器大多是氬離子激光器、二氧化碳激光器和YAG激光器，但通常它們光束質(zhì)量不高，具有非常大的體積，需要龐大的水冷系統(tǒng)，并且安裝和維護(hù)非常麻煩，而這些恰恰是光纖激光器可以彌補(bǔ)的。因?yàn)樗肿釉? μm有一個吸收峰，將2 μm光纖激光器用作外科手術(shù)工具可以實(shí)現(xiàn)快速止血，減少手術(shù)對人體組織的破壞。

超快光纖激光器是目前最活躍的研究領(lǐng)域之一，其在醫(yī)療領(lǐng)域也有十分重要的應(yīng)用。目前，生物醫(yī)學(xué)專家已將它作為超精密外科手術(shù)刀，用于視力矯正手術(shù)，既能減少組織損傷又不會留下手術(shù)后遺癥，甚至可對單個細(xì)胞動精密手術(shù)或者用于基因療法。人們也在研究如何將飛秒激光用于牙科治療。另外，利用其超短脈沖，醫(yī)學(xué)研究者們也研究其在醫(yī)學(xué)成像方面的應(yīng)用。隨著各種研究的深入，用于醫(yī)療的光纖激光器需求也必將迅速增加。