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高功率光纤激光器及其应用 “十一五”国家重点图书

高功率光纤激光器及其应用
高功率光纤激光器及其应用 “十一五”国家重点图书
作者:楼祺洪(编著)

图书详细信息:
ISBN:978-7-312-02643-0
定价:39.00元
版本:1
装帧:软精装
出版年月:201003
丛书名称:当代科学技术基础理论与前沿问题研究丛书:中国科学技术大学校友文库

图书简介:

  光纤激光器是以掺杂光纤作激光介质的一种新型固体激光器,具有散热特性好和光束质量高等优点。本书从介绍双包层光纤入手,介绍了光纤激光器的泵浦源、连续波光纤激光器,脉冲光纤激光器以及倍频光纤激光器的基本概念、关键技术以及发展概况,并详细阐述了各种光纤激光器的原理、工作性能及有关工艺技术。
  本书可供从事激光研究和应用的科技工作者和从事激光应用的工程技术人员阅读,亦可供物理、光学工程等专业的研究生参考。

前言:

  自1960年7月美国科学家Theodore H. Maiman(梅曼)成功地演示了世界上第一台激光器——红宝石固态激光器以来,各种各样的激光器和激光技术如雨后春笋般地发展起来。由于激光(受激辐射光)具有完全不同于普通光(自发辐射光)的性质:单色性、方向性和相干性,它很快被广泛地应用于各个领域,并深刻地影响了当代科学、技术、经济和社会的发展及变革。
  高功率激光器在工业和军事国防等领域均有大量的需求,且这些领域都对高功率激光器的效率、光束质量、体积、重量等提出了较高要求。随着大功率半导体激光技术的发展,半导体激光泵浦固体激光器(DPSSL)的泵浦工作方式逐步趋向成熟和明确。虽然DPSSL相对于CO2和灯泵Nd:YAG具有很大的优越性和竞争力,但由于在激光产生时总有一部分能量以无辐射跃迁的方式转换为热,DPSSL这部分热能量如何从块状激光介质中散发、排除成为获得高光束质量、高功率输出的关键。将激光介质做成细长的光纤形状,有效增大了表面积,有利于散热问题的解决,这就是光纤激光器。
  所谓光纤激光器,就是采用光纤作为激光介质的激光器。按照激励机制可分为: ① 稀土掺杂光纤激光器,通过在光纤基质材料中掺杂不同的稀土离子(Yb,Er,Nd,Tm等),获得所需波段的激光输出;② 利用光纤的非线性效应制作的光纤激光器,如受激拉曼散射(SRS)、受激布里渊散射(SBS)等;③ 单晶光纤激光器,其中有红宝石单晶光纤激光器、Nd:YAG单晶光纤激光器;④ 染料光纤激光器,通过在塑料纤芯或包层中充入染料,实现激光输出,目前还未得到有效应用。在这四类光纤激光器中,以掺稀土元素离子的光纤激光器和放大器最为重要,且发展最快,并已在光纤通信、光纤传感、激光材料处理等领域获得了广泛的应用,因此,人们通常说的光纤激光器,多是指这类激光器。
  光在光纤中的全反射传输现象早在很早已被发现,早期的光纤由于损耗较大(约1000dB/km),除了医疗器件中成像元件外,很难在长距离下使用,20世纪70年代,光纤的损耗下降到20dB/km,目前制作的通讯光纤的损耗在1.55SymbolmA@m波长已下降到0.1dB/km。这一进展带动了光纤通信革命性的变化。瑞典皇家科学院于2009年10月6日宣布,将2009年诺贝尔物理学奖授予高锟以及威拉德博伊尔和乔治史密斯。高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性的进展,这项成果最终促使光通信系统问世,并为当今互联网网的发展铺平了道路。
  其实,1964年世界上的第一代玻璃激光器就是光纤激光器。但由于高功率室温半导体激光器和特种光纤拉制技术的限制,直到20世纪80年代中后期,光纤激光器才真正发展起来。1987年英国南安普顿大学(Univ.Southampton)及美国贝尔实验室(Bell Labs)实验证明了掺铒光纤放大器(EDFA)的可行性。它采用980nm的半导体激光光泵掺铒单模光纤对光信号实现放大,现在这种EDFA已经成为光纤通信系统中不可缺少的重要器件。
  为了提高光纤激光的功率和泵浦转换效率,1988年提出光泵由包层进入的设想。初期的设计是圆形的内包层,但由于圆形内包层完美的对称性,泵浦吸收效率不高,直到20世纪90年代初矩形内包层的出现,使激光转换效率提高到50%,输出功率达到5W。1999年V.Dominic等用4个45W的半导体激光器从两端泵浦,获得了110W的单模连续激光输出。进入本世纪以来,随着高功率半导体激光器(包括其整形技术)和双包层光纤制作工艺的发展,单根双包层光纤激光器或放大器的输出功率逐步提高。目前采用大模场直接的双包层掺镱光纤,以振荡器方式工作,单纤连续输出功率已突破2kW;采用多光纤级联放大的方式,已经实现了10kW的单模连续激光输出。
  经过近几年的快速发展,高功率光纤激光器已经有相当辉煌的历程,并且仍是当前激光技术领域中最活跃的研究领域,并呈现以下四个发展趋势:① 单根光纤激光的输出功率从千瓦级向数千瓦甚至万瓦发展,输出光谱、偏振、模式特性不断改善;② 从高功率连续光纤激光向高功率脉冲光纤激光器发展,超短脉冲光纤激光可实现更高的激光亮度,在某些领域极具应用价值;③ 从常规的光纤激光组束技术向相干组束或光谱组束技术发展。将多个高功率光纤激光器的输出按常规方式组束,虽然可以提升总的输出功率,但光束质量变差,亮度提高有限。相干组束或光谱技术则可以在提升总功率的同时,保持光纤激光器良好的光束质量,这将是高功率光纤激光器发展的一个很有前途的方向;④ 光纤激光的应用从低功率打标、雕刻(百瓦级)向高功率重金属切割、焊接发展(数千瓦)。面对高功率光纤激光器如此迅速的发展,面对其不断扩大的应用领域,我们有理由相信“高功率光纤激光器及其应用”是一个极具发展潜力的课题。
  我国在高功率光纤激光器领域近年来也进展迅速,在关键技术上取得了重大突破,目前采用国产的高性能双包层光纤,单根光纤已经实现了1758W的连续激光输出;采用种子源放大的方式,已经实现了百瓦平均功率的脉冲光纤激光器。虽然在关键技术和关键元器件上取得了突破,但在高功率光纤激光器及其应用系统的产业化方面,我们国内还有待努力。希望本专著能对我们国内高功率光纤激光器的研究及其推广应用起到一定的推动作用。
  本书系统地介绍了这一领域的最新进展,叙述了光纤激光器的基本原理、工作性能以及有关工艺技术,它对我们了解和掌握光纤激光器是很有帮助的。书中大量采用了上海光机所近年来的研究结果,在此向周军博士、孔令峰博士、朱洪涛博士、薛冬博士、何兵博士、漆云凤博士、杜松涛博士、赵宏明博士、张芳沛博士、李立波博士、吴国华博士、表志军博士、王炜博士、刘伕博士、刘驰博士等表示感谢,感谢中国科学技术大学出版社及时地组织出版这样的专著,愿本书受到科研工作者、研究生以及大专院校有关专业师生的欢迎。

                           作 者

                          2009年9月

目录:

  总序

  前言

  第1章 双包层光纤

  第2章 光纤激光器的发展史和分类

  第3章 稀土离子掺杂的双包层光纤

  第4章 稀土掺杂光子晶体光纤

  第5章 光纤激光器的泵浦技术

  第6章 连续波高功率光纤激光器

  第7章 脉冲双包层光纤激光器

  第8章 光纤激光的倍频特性

  第9章 光纤激光器组束技术

  第10章 高功率光纤激光器的典型应用

  参考文献



Copyright 2011 中国科学技术大学出版社
合肥市金寨路96号