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飞秒光纤激光器的应用

飞秒光纤HYPERLINK"http://laser.ofweek.com/CAT-240002-jiguangqi.html"\o"激光器"\t"_blank"激光器是一种主要由光纤HYPERLINK"http://laser.ofweek.com/"\o"激光"\t"_blank"激光器构成，具有飞秒（10负15次秒）区持续时间的脉冲激光器。

飞秒激光器的脉宽极窄，瞬问功率极高，既使平均输出功率为lW，峰值功率也能达到千瓦级至兆瓦级以上。飞秒激光器现已应用于以往纳秒脉冲激光器或连续波激光器无法应用的各种领域。

1990年，日本爱信精机公司以IMRAAmericaInc.的名字在美国成立了一家子公司，门从事飞秒HYPERLINK"http://laser.ofweek.com/IND-240021-guangxianjiguangqi.html"\o"光纤激光器"\t"_blank"光纤激光器的研发、生产、销售与应用开发工作。因此“IMRA”既是美国研究法人的名字，又是爱信精机公司生产的激光器的商标名称，这是在美国研究开发、日本制造的激光器。

1、飞秒光纤激光器的优点
1.1、小型轻便
光纤激光器在确保必要光学长度的同时，可将光纤卷成半径约3cm的环形。与固体激光器相比，光纤激光器的体积大幅缩小。光纤形态每单位体积的表面积大于棒状或片状晶体激光器，散热效果好，不需要冷却器等外围装置，因此在这方面又大幅缩小了激光器的体积。

1．2、高可靠性高稳定性
光纤激光器是由光纤部件组装而成。这些光纤部件采用电弧熔接的方法，因此光学轴长期无偏移，这种连接方法确保了光纤激光器的稳定性和可靠性。另外，IMRA激光器系统外部采购的元器件都严格选用高可靠性的光通信部件，这也对激光器系统的高可靠性提供了保障。

1．3、高光束质量
单模光纤输出的光是近乎理想的点光源，输出光束的圆度和强度分布较容易获得接近理想的高质量输出光束。飞秒光纤激光器在用于微细加工时，聚焦光束很容易达到透镜的聚焦极限，因此适于微细加工。

1．4、低功耗
现已广泛使用的钛宝石飞秒激光振荡器的晶体吸收波长在530nm附近，将大功率Nd：YAG激光器的波长转换成530nm来泵浦激光器，既需要大型Nd：YAG激光器，又需要冷却器，其电能消耗很大。而光纤激光器则不需要冷却器，可以用二极管激光器直接泵浦。结果表明，飞秒光纤激光器的电光转换效率优于钛宝石飞秒激光器1个数量级。

2、飞秒光纤HYPERLINK"http://laser.ofweek.com/"\o"激光"\t"_blank"激光振荡器
虽然20世纪90年代初问世的飞秒光纤HYPERLINK"http://laser.ofweek.com/CAT-240002-jiguangqi.html"\o"激光器"\t"_blank"激光器的光学轴具有长期无偏移的特点，但因温度的变化等会使偏振面光纤旋转，从而导致输出功率的改变，因此需要偏振面的调整机构，并需要维护。

1994年，Fermann等人利用新结构的被动锁模飞秒脉冲激光振荡器实现了无调整运转。科研人员在谐振腔的两端对置法拉第转子，以往返运转来补偿因环境变化所引起的偏振旋转。振荡器的波长为1560nm，重复频率为50MHz、脉宽为400fs，平均输出功率为5mW。此外，还附加了光放大器和波长转换器。该振荡器于1998年开始以“飞秒光R”为品牌投放市场，无须维修，可稳定工作30000h以上，现仍在继续工作

这种被动锁模飞秒脉冲激光振荡器可用于最先进的光通信用光计量系统中，作为免维修光源，现已被多家公司的飞秒激光应用仪器所利用。

3、飞秒光纤放大器
当飞秒脉冲激光器用于工业加工时，需要兆瓦级的脉冲峰值功率。因此，为将“飞秒光R”的千瓦级峰值功率放大3个数量级以上，爱信精机公司开发了如下2种放大方式。

3．1、光纤啁瞅脉冲放大
为了获得高脉冲能量．采用了在钛宝石等固体激光放大器中广泛应用的啁啾脉冲放大方式。这种方式是在光放大器之前，利用波长引起的折射率差延长脉宽使峰值功率降低并实现光放大，然后在最终端进行脉冲压缩。

与固体激光放大器的区别是：光纤啁啾放大无需用空间光学部件，而是用光纤的色散来实现放大，因此人们将其称为光纤啁啾脉冲放大（FCPA）。

3.2、用大口径光纤进行光放大
当单模光纤内的飞秒脉冲进行光放大时，若脉冲能量为nJ／p以上，非线性效应则变得明显，增益下降。为了控制这种非线性光学效应，增大光纤内的有效面积，并降低每单位面积的峰值功率，能够有助于实现大功率。

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