激光器件的应用和发展前景1-杨永存

学号：09302063激光器件的应用和发展前景研究分院电子信息工程专业名称电子科学与技术班级0901姓名杨永存指导教师梁珍珍2013年4月8日商丘学院毕业设计（论文）居中，中文四号宋体加粗，阿拉伯数字四号TimesNewRoman加粗。中文黑体小三号，阿拉伯数字小三号TimesNewRoman。阿拉伯数字四号TimesNewRomanI摘要本文简要阐述了光纤激光器件的结构和原理，主要阐述了其在通信、军事、国防、销毁弹药、微材料处理、造船业岩石及泥土材料处理、焊接、标刻、材料处理、材料、弯曲、激光切割、医疗、石油及航天等行业的应用，对光纤激光器件的发展做了回顾，并展望了光纤激光器件在新领域的应用前景，随着相关技术的完善，光纤激光器将向更广阔的领域发展，并有可能成为替代固体激光器和半导体激光器的新一代光源,形成一个新兴的产业。关键词：光纤激光器,掺杂光纤,输出功率AbstractThispaperbrieflyintroducesthestructureandprincipleofopticalfiberlaserdevice,mainlyexpoundedinthecommunications,military,nationaldefense,ammunition,micromaterialprocessing,shipbuildingrockandconcreteprocessing,welding,marking,materialsprocessing,materials,bending,lasercutting,medical,IIaerospaceandotherindustriesandoilapplication,ontheopticalfiberlaserdevicedevelopmentisreviewed,andtheprospectofopticalfiberlaserdeviceinnewareasofapplication,alongwithrelatedtechnicalperfection,fiberlaserswillbetothebroaderfieldofdevelopment,andhasthepotentialtobecomeanalternativesolidlaserandsemiconductorlaserofanewgenerationoflightsource,toformanewindustry.Keywords:fiberlasers,dopedopticalfiber,outputpower目录1绪论...........................................................................................................................41.1课题背景...........................................................................................................41.2不同波长光纤激光器的研究进展...................................................................41.2.11.0μm附近(掺Er3+，Er3+/Yb3+)光纤激光器............................41.2.32.0μm附近(掺Tm3+，Ho3+)光纤激光器..................................51.2.42.8μm附近(掺Ho3+，Er3+光纤激光器......................................61.3本文主要研究内容..........................................................................................62光纤激光器的结构及工作原理...............................................................................72.1光纤激光器的结构..........................................................................................73光纤激光器件的应用...............................................................................................93.1引言...................................................................................................................93.2光纤激光器件的应用......................................................................................9III3.2.1光纤激光器在通信中的应用................................................................93.2.2光纤激光器在军事中的应用...............................................................103.2.2.1光纤激光器在国防中的应用.....................................................103.2.2.2光纤激光器件在销毁弹药中的应用...............................................113.2.3光纤激光器在制造业的应用...............................................................133.2.3.1光纤激光器件在微材料处理方面的应用.................................133.2.3.2光纤激光器件在造船业上的应用............................................153.2.4光纤激光器在材料加工上的应用.......................................................153.2.4.1岩石及泥土材料处理的应用.....................................................153.2.4.2焊接的应用................................................................................153.2.4.3标刻应用..................................................................................163.2.5光纤激光器在医疗中的应用...............................................................183.2.6光纤激光器在石油及航天等领域中的应用......................................194光纤激光器的发展前景.........................................................................................205结论.........................................................................................................................21致谢.............................................................................................................................22参考文献.....................................................................................................................2341绪论1.1课题背景早在20世纪60年代,掺稀土元素光纤激光器伴随着激光技术的研究得以发展,但受早期光纤损耗太大的限制,光纤激光器的研究进展相对缓慢。直至80年代光纤通信才得以迅猛发展,特别是英国南安普敦大学用金属化学汽相沉积(MCVD)法制成低损耗的掺铒光纤,而掺铒光纤激光器激射波长恰好位于光通信的低损耗窗口,随着掺铒光纤放大器(EDFA)在光通信中地位的不断提高,才使光纤激光器再次受到世界各国的普遍关注,从而得到迅速发展且在通信领域发挥着越来越重要的作用。光纤激光器在降低阈值、振荡波长范围、波长可调谐性等方面已取得了长足进步,是目前光通信领域中的新兴技术。它可以利用现有的通信系统支持更高的传输速率和带宽,是未来高码率密集波分复用系统和相干光通信的基础,并在未来通信领域中起着不可替代的作用。1.2不同波长光纤激光器的研究进展1.2.11.0μm附近(掺Er3+，Er3+/Yb3+)光纤激光器1.0μm附近光纤激光器由于在光纤通信、激光制导、倍频激光光源、抽运光源等领域的应用而得到了广泛研究。目前，1.0μm附近光纤激光器的掺杂稀土离子主要有Yb3+离子和Nd3+离子等。早在上世纪80年代中期，Alcock等便在Nd3+离子掺杂光纤中实现了Nd3+离子4F3/2→4I9/2的激光发射，该激光波长在900~945nm内可调。而后，随着激光抽运光源的完善，Yb3+离子掺杂光纤激光器也被成功研制出来，其激光输出波长的调谐范围达到1.01~1.16μm。近年来，国内南开大学、中科院上海光机所、华南理工大学等课题组以掺Yb3+（掺Nd3+）玻璃光纤作为增益介质，相继研制了1.0μm附近激光输出的光纤激光器，并获得了较佳的激光光束质量和较高的输出功率。目前，英国南安普顿大学的课题组掺Yb3+石英光纤激光器已实现了1800W的高功率激光输出。51.2.21.5μm附近(掺Er3+，Er3+/Yb3+)光纤激光器由于激光输出波长位于石英光纤的1.5μm光通信窗口附近，掺Er3+光纤激光器自上世纪90年代以来，成为了国内外研究的热点。随着研究者们对Er3+掺杂以及Er3+/Yb3+共掺玻璃光纤的激光输出性能的深入研究，关于1.5μm附近光纤激光器的研制已较成熟。英国南安普顿大学已经研制出了1.5μm附近激光输出功率超过150W的光纤激光器，美国的NPPhotonics公司、亚利桑那大学，以及我国南开大学、华南理工大学等研究机构也已经独立研制出1.5μm附近激光输出的掺Er3+光纤激光器。1.2.32.0μm附近(掺Tm3+，Ho3+)光纤激光器2.0μm激光是人眼安全的激光，在气象监测、激光测距、激光雷达、遥感等方面具有广泛应用。此外，水分子在2.0μm附近有强烈的中红外吸收峰，用该波段激光进行手术，有利于加快血液凝结，减小手术创伤，因此，中红外光纤激光器在医疗和生命科学领域也具有重要的应用。目前，用于2.0μm附近中红外激光输出的激光激活粒子主要有Tm3+和Ho3+离子等。利用Tm3+离子的3F4→3H6和Ho3+离子的5I7