光纤激光器 _原创文档.pdf

什么是光纤激光器

光纤激光器的原理

利用掺杂稀土元素的光纤研制成的光纤放大器给光波技术领域带来了革命性的变化。由

于任何光放大器都可通过恰当的反馈机制形成激光器，所以早期的光纤激光器就是基于光纤

放大器的基础上研制开发的。目前开发研制的光纤激光器主要采用掺稀土元素的光纤作为增

益介质。由于光纤激光器中光纤纤芯很细，在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，

造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”。当加入正反馈回路（构成谐振腔）便形成激光

振荡。由于光纤基质具有很宽的荧光谱，光纤激光器一般都可做成可调谐的，以用于WDM

系统中。

光纤激光器的谐振腔[1]设计主要有两大类。一类是激光器中常见的Fabry-Perot腔。

将增益介质放置在两块具有高反射率的镜子中间而组成。由于介质镜对光纤端面的缺陷非常

敏感且镜子的覆盖层容易被损坏，目前光纤激光器的谐振腔设计中均不采用含介质镜的腔型

结构。现最常见的F-P腔是用光纤光栅、WDM耦合器或光纤环路镜代替介质镜。另一类是

环型谐振腔。环型腔中不需使用反射镜，因而可做成全光纤谐振腔。最简单的设计是把WDM

耦合器的两端连在一起形成包括掺杂光纤在内的环型腔，输出连续激光脉冲（图1a）。图

1b为锁模光纤激光器常用的特殊设计—8字型光纤激光器。激光器由两个环型腔通过耦合

器连接组成。右边的环型腔为带增益的非线性环路镜腔，具有放大作用和快的开关特性。在

脉冲低功率部分，环内透射率小。当脉冲的峰值功率达到一临界值时，环对脉冲的透射达

100%，和锁模操作一样。左腔为含有单向光隔离器的光纤环。

采用不同的器件构成谐振腔反射镜时，激光器便有不同的输出特性。例如利用波长选择

器或滤波器可获得单一所需的激光波长；利用阵列波导光栅（AWG）可获得多信道的激光

输出[2~3]，这是DWDM技术所希望的光源具有的能力。另外，由于光纤的非线性效应，

振荡脉冲在光纤内传输时因非线性效应（主要是自相位调制效应）与色散效应的相互作用而

被压缩，输出皮秒乃至飞秒的超短光脉冲。这些在激光器内部压缩的光脉冲能满足高码。

率TDM系统要求激光器输出超短光脉冲的技术要求。同时由于超短光脉冲的宽频谱带宽

可分成众多的信道，使WDM技术向DWDM技术发展。

光纤激光器的特点

光纤激光器为高码率光纤通信系统提供较理想的光源，它较半导体激光器具有许多无可

比拟的优点：

对于半导体激光器，当激光器耦合进光纤时具有较大的耦合损耗，且耦合效率难以确保

长期稳定。而光纤激光器克服了这一问题，光纤到光纤的耦合技术非常成熟，不仅有更高的

耦合效率而且非常稳定。

光纤具有相当多的可调参数和选择性，因此可获得的激光谱线相当多，加之光纤基质有

很宽的荧光谱，插入适当的波长选择器可获得相当宽的可调谐范围和相当好的单色性和稳定

性。因而光纤激光器很适合用于多信道光通信系统（WDM系统）。WDM系统要求激光器

的波长能够被精确控制。光纤激光器能设计成以单纵模连续工作，其波长可调谐范围达

50nm且维持线宽低于10KHz。而半导体激光器的线宽远大于0.1MHz且波长可调范围低

于10nm。

锁模光纤激光器能够产生脉宽短至100fs、重复率达10GHz的近似变换极限的超短光

脉冲，这适合用于理想光孤子通信系统。

光纤激光器可用作随环境温度和压力变化的传感器和偏振传感器。

几种光纤激光器研究的必威体育精装版进展

1、连续光纤激光器

基于Raman放大的光纤激光器：产生特定光波波长

石英光纤具有很宽的受激喇曼散射增益谱，并在13THz附近有一较宽的主峰。如果一个

弱信号与一强泵浦光同时在光纤中传输时，并使弱信号处于泵浦光的喇曼增益带宽范围内，

弱信号光即可得到放大。基于这种Raman放大特性，OFC2001国际会议上报道了Raman

光纤激光器的研制。从相关的报道看，各种Raman光纤激光器的结构大体相似，都采用布

拉格光栅作为谐振腔的反射镜，并根据输出需要用布拉格光栅对组成几级Stocks分量的谐

振腔。增益介质可以是掺稀土光纤，也可以是一般的石英光纤。会议中有一篇论文报道了以