- 文献综述
光纤激光器是一种新型高性能固体激光器,是以光学纤维为基质,掺入某些活性离子作为工作介质,或者利用光学纤维本身的非线性效应而形成的一类激光器。目前,它己成为全面提升现有传统激光器性能和掀起激光产业技术改造的先锋和领航者。作为第三代激光技术的代表,光纤激光器被称为世纪初最伟大的发明之一,其卓越而独特的优点使它在各个领域有着重要的应用。光纤激光器具有激光闭值低、输出光束质量好、转换效率高,以及高“表面积体积”比,散热效果好,无需水冷系统,可设计高可靠性、外形紧凑、易于系统集成的激光源等显著优点结合调Q、锁模等技术可产生高峰值功率、高脉冲能量的超短光脉冲。因此,光纤激光器在光束质量、转换效率、冷却方式、体积、重量、可靠性以及极好的柔性与灵活性等方面,均比气体激光器和传统的固体激光器更先进。随着光纤激光器技术的成熟,武器系统中的激光装备将愈来愈多地采用光纤激光器。此外,光纤激光器在工业加工如打孔、切割、焊接,光纤通信以及激光医疗等场所中也有广泛的应用。因此,高功率光纤激光器的研发和实用化技术已成为激光技术领域的一个热点,受到广大科研工作者和业界专家们的极大关注。光纤激光器可以分别按照增益介质、谐振腔结构、输出波长、工作机制和输出激光等进行分类。按照增益介质划分,可分为晶体光纤激光器、掺稀土元素激光器、非线性效应激光器受激拉曼散射激光器和受激布里渊散射激光器、塑料光纤激光器、光子晶体光纤激光器；按照谐振腔结构划分,可分为F-P腔、环形腔、环路发射器光纤谐振腔、DBR光纤激光器、DFB光纤激光器；按照输出波长组份分,可分为单波长光纤激光器、多波长光纤激光器；按照光纤内部结构划分,可分为单包层光纤激光器和双包层光纤激光器；按照输出波长划分,可分为S-波段，C-波段，L-波段，脉冲波激光器按照掺杂元素划分,可分为掺镱,镨,钬，钕等。[1]
随着双包层光纤的出现,使多模抽运成为可能,实现了掺稀土元素光纤激光器和放大器的高功率输出。从双包层光纤激光器出现到现在,输出功率不断提高。目前,美国著名的军火生产商诺斯罗普·格鲁曼公司已在位于加利福尼亚的雷东多比奇地区的新工厂内开始生产1000W级的光纤激光器。报道称,这种激光武器具有很强的机动性,可安装在移动平台上,并在战役范围内击落诸如导弹和战机之类的空中目标。在加工领域,高功率光纤激光器有迅速替代YAG、CO2激光器的趋势；超短脉冲光纤激光器可用于光纤通信系统、核爆模拟、超快光谱学、多光子微观、自然界超快现象捕捉及光纤传感器等众多领域。以1060nm激光作为抽运源,拉曼光纤激光器可以在光通信所需的1.31mu;m和1.55mu;m甚至任意波长实现激光输出超连续谱光纤激光器输出的具有超连续谱的超短光脉冲在TDM/WDM系统中有重要意义；窄线宽光纤激光器在传感和高精度光谱方面有广泛的应用。目前国内外对于光纤激光器的研究方向和热点主要集中在高功率光纤激光器、高功率光子晶体光纤激光器、窄线宽可调谐光纤激光器、多波长光纤激光器、非线性效应光纤激光器等几个方面。[2-7]
光纤激光器：共振腔的Q值（也称腔的品质因子）是描述激光器共振腔损耗大小的量。光学损耗低的腔，其Q值高。
Q值定义：Q＝２pi;nu;腔内存储的能量／每秒损失的能量
高功率调Q光纤激光器在工业、军事等领域都有强烈需求，因此提高功率是调Q光纤激光器的一个重要发展方向。主要有几种方案：采用新型光纤提高模场面积以减小光线中的非线性效应以及减小激光能量的损耗；采用主振荡功率放大（MOPA）结构，对光束质量好但功率不高的种子脉冲激光进行多级功率放大；设计全光纤结构，降低由块状器件插入系统带来的损耗从而提高输出功率。
近年来，不同形式的增益光纤相继出现，调Q光纤激光器功率不断提高。为了获得较高的输出功率，光纤的选择很重要，常用到大模面积（LMA）光纤[8]或光子晶体光纤（PCF）。大模面积光纤可以减弱光纤中自发辐射光放大的建立和光纤中的非线性效应，从而提高脉冲能量，同时通过纤芯增粗可以减轻高功率对光纤端面的损伤。光子晶体光纤具有灵活的光学可控性，在实现大模场面积的同时，保证单横模运转，并且能够承受更高的泵浦功率和温度，适合高功率激光器的研制。
大模面积光纤由于纤芯直径大，通常输出激光为多模，因而光束质量不太好，并且存在由于纤芯直径大，导致熔接困难。光子晶体光纤在保证大模场的同时可以保证单横模输出，但是同样存在与普通光纤熔接损耗大的问题。
将脉冲工作的种子光源通过光纤放大器进行功率放大，即主振荡功率放大（MOPA），可以得到高功率激光脉冲输出。采用MOPA结构的调Q光纤激光器输出单脉冲能量较高、平均输出功率较大，但是光纤中的背向散射激光会损坏前级的器件，因此需要对各级输出加入隔离器[9]。同时，需要有效地抑制光纤中的自发辐射光放大才能起到很好的放大效果。
图1.声光调Q脉冲光纤激光器基本结构
