單晶激光光纖應(yīng)用

拉制的Nd : YAG，Nd：YAP和Nd：LYF等多種單晶激光光纖配以高功率激光二極管可獲得各種高效結(jié)構(gòu)緊湊的微型高功率激光器。還可利用某些激光晶體可調(diào)諧、自倍頻等特點(diǎn)制得多功能微型激光器。但由于工藝上的限制，單晶激光光纖的長(zhǎng)度通常只有幾厘米，直徑也不能太細(xì)，大多數(shù)的單晶激光光纖尚無(wú)芯皮結(jié)構(gòu)。

常用激光基座法和導(dǎo)模法生長(zhǎng)，前者是用高純?cè)献鞒深A(yù)制棒，然后使用激光束在預(yù)制棒的一端加熱，待其局部熔融后把籽晶引入熔體并按一定速率向上提拉，便得到一根單晶纖維。導(dǎo)模法是把一支毛細(xì)管插入盛有較多熔體的坩堝中，在細(xì)管里的液柱因表面張力作用而上升。將定向籽晶引入毛細(xì)管上端的熔體層中，并向上提拉籽晶，使附著的熔體緩慢地通過(guò)一個(gè)溫度梯度區(qū)域。單晶纖維便在毛細(xì)管的上端不斷生長(zhǎng) 。

單晶激光光纖以種類多、激光譜線窄、量子效率高及多功能為特點(diǎn)。

單晶激光光纖是指摻有一定濃度激活離子，在某些特定波長(zhǎng)光的激勵(lì)下能產(chǎn)生激光的單晶光學(xué)纖維 。

光纖激光器（Fiber Laser）是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器，光纖激光器可在光纖放大器的基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)：在泵浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度，造成激光工作物質(zhì)的激光能級(jí)“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，當(dāng)適當(dāng)加入正反饋回路（構(gòu)成諧振腔）便可形成激光振蕩輸出。

光纖激光器應(yīng)用范圍非常廣泛，包括激光光纖通訊、激光空間遠(yuǎn)距通訊、工業(yè)造船、汽車制造、激光雕刻激光打標(biāo)激光切割、印刷制輥、金屬非金屬鉆孔/切割/焊接（銅焊、淬水、包層以及深度焊接）、軍事國(guó)防安全、醫(yī)療器械儀器設(shè)備、大型基礎(chǔ)建設(shè)，作為其他激光器的泵浦源等等 。

光學(xué)纖維（optical fiber）是指用于傳導(dǎo)光的人造纖維。又稱光導(dǎo)纖維，簡(jiǎn)稱光纖?；窘Y(jié)構(gòu)是圓柱形的細(xì)長(zhǎng)絲，直徑在1—100微米之間。制造光纖的材料最常用的是二氧化硅（石英），也有用多組分玻璃或有機(jī)玻璃等。光纖的材料都要高度透明，對(duì)材料的純度要求非常高，如通信用的光纖其材料純度有的要求達(dá)到8個(gè)9以上。如果材料的純度低，光在傳輸過(guò)程中的衰減就會(huì)很快。光纖的制造過(guò)程是將材料放在高溫爐中熔化，經(jīng)高速拉制成細(xì)絲。拉制工藝要求拉出的絲粗細(xì)均勻，符合光學(xué)要求。使用的光纖有兩種類型：一種是反射型光纖，利用光的全反射使光沿折射路徑在光纖內(nèi)傳播；另一種是折射型光纖，利用折射率逐漸變化使光沿曲線路徑在光纖內(nèi)傳播 。

光纖激光器（Fiber Laser）是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器，光纖激光器可在光纖放大器的基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)：在泵浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度，造成激光工作物質(zhì)的激光能級(jí)“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，當(dāng)適當(dāng)加入正反饋回路（構(gòu)成諧振腔）便可形成激光振蕩輸出。

光纖是以SiO2為基質(zhì)材料拉成的玻璃實(shí)體纖維，其導(dǎo)光原理是利用光的全反射原理，即當(dāng)光以大于臨界角的角度由折射率大的光密介質(zhì)入射到折射率小的光疏介質(zhì)時(shí)，將發(fā)生全反射，入射光全部反射到折射率大的光密介質(zhì)，折射率小的光疏介質(zhì)內(nèi)將沒有光透過(guò)。普通裸光纖一般由中心高折射率玻璃芯、中間低折射率硅玻璃包層和最外部的加強(qiáng)樹脂涂層組成。光纖按傳播光波模式可分為單模光纖和多模光纖。單模光纖的芯徑較小，只能傳播一種模式的光，其模間色散較小。多模光纖的芯徑較粗，可傳播多種模式的光，但其模間色散較大。按折射率分布的情況化分，可分為階躍折射率（SI）光纖和漸變折射率（GI）光纖。

以稀土摻雜光纖激光器為例，摻有稀土離子的光纖芯作為增益介質(zhì)，摻雜光纖固定在兩個(gè)反射鏡間構(gòu)成諧振腔，泵浦光從M1入射到光纖中，從M2輸出激光（參見右圖1）。

當(dāng)泵浦光通過(guò)光纖時(shí)，光纖中的稀土離子吸收泵浦光，其電子被激勵(lì)到較高的激發(fā)能級(jí)上，實(shí)現(xiàn)了離子數(shù)反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)后的粒子以輻射形成從高能級(jí)轉(zhuǎn)移到 基態(tài)，輸出激光。