通过光纤实现受激辐射
光纤激光器的基本原理基于 受激辐射 机制，通过光纤结构实现高功率、单色激光的输出。其核心过程可概括为以下几个步骤：
一、基本结构组成
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增益介质 ：掺杂稀土元素（如铒、钕等）的光纤芯，用于实现粒子数反转。
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谐振腔 ：由光纤和反射镜组成，形成光的全反射回路。传统结构采用两端反射镜，现代技术中常用光纤布拉格光栅（FBG）等替代传统镜面。
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泵浦源 ：高功率半导体激光器（如LD），提供能量使掺杂离子跃迁到高能级。
二、核心工作原理
- 粒子数反转
泵浦光进入光纤后，光纤芯中的稀土离子吸收光能跃迁到高能级，形成“反转粒子分布”。当反转粒子数达到阈值时，系统进入受激辐射状态。
- 受激辐射过程
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自发辐射 ：高能级粒子自发返回低能级时释放光子，但光强较弱且无相干性。
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受激辐射 ：当入射光与粒子能级匹配时，粒子吸收光能后以相同频率、相位发射光子，形成相干激光。由于受激辐射效率远高于自发辐射，激光得以持续输出。
- 谐振腔的作用
通过光纤布拉格光栅（FBG）等结构形成谐振腔，选择特定波长光进行放大。FBG通过周期性折射率变化反射满足布拉格条件的光波，实现窄线宽激光输出。
三、关键特性
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波长转换 ：光纤激光器可将泵浦光（如980nm）转换为输出激光（如1550nm），波长转换效率可达90%以上。
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输出模式 ：支持连续波（CW）和脉冲波（如MOPA型）输出，连续波输出需满足“泵浦寿命>激光寿命”条件。
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稳定性 ：通过调节泵浦功率、反射镜反射率及光纤参数（如长度、直径）实现输出功率和波长的精确控制。
四、应用优势
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高功率密度 ：光纤传输损耗低，适合高功率应用。
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灵活性 ：可方便切换泵浦波长和输出模式。
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窄线宽 ：结合FBG等技术，可实现亚微米级线宽控制。
光纤激光器凭借其高效率、高灵活性和可扩展性，广泛应用于金属加工、医疗、通信等领域。