GCS-FL 光纤激光器原理实验

光纤激光器作为固体激光器的一个重要分支，具有结构简单紧凑，成本低，光束质量好，热管理性能优良以及 光电效率高等优点，因此得到了广泛的社会关注和研究应用。本实验系统围绕光纤激光器的基础构成，基本原理， 输出特性，特殊应用技术等方面展开，可以使学生在高等教育阶段学习、了解、掌握光纤激光原理知识和工作方式， 再进一步得到基础的光纤相关实操锻炼。

◆ 知识点：

激光振荡器、激光放大器、光 - 光转换效率、放大倍数、激光自种子、激光单脉冲能量、激光脉冲峰值光率

◆ 涉及课程：

光纤光学、激光原理

◆ 实验内容：

·连续光纤激光（振荡器）输出功率及光 - 光转换效率测量

·连续光纤激光（振荡器）输出光谱测量

·高速调制半导体激光器输出平均功率、重复频率、脉冲宽度测量及变化规律研究

·半导体激光器“自种子”效应研究及输出光谱变化观测

·光纤激光放大器输出平均功率、重复频率、脉冲宽度测量及变化规律研究

·光纤激光放大器输出光谱测量及工作状态研究

◆ 实验原理：

连续光纤激光器工作示意图

从上面这张光纤激光器构成原理图中我们可以清晰看出其与固体激光器的相同与相异之处，激光三要素缺一不 可，只是激光工作物质由晶体替换成了增益光纤，谐振腔由空间分布变成了光纤纤芯内传输，也正是由于这些差异 使光纤激光具有工作稳定、光束质量易于控制等特点。

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光纤激光放大器工作示意图

获取大功率光纤激光输出，往往通过种子激光 + 放大器的工作模式来实现，也可以体现出光纤激光的效率高， 稳定性高的特点。光纤放大器通过受激辐射过程放大入射光（种子光），放大器本身就是一个不带反馈的激光器， 即没有光学谐振腔，其主要组成部分为泵浦源与增益介质，当用光泵浦放大器并实现粒子数反转后，将产生光增益， 如上图所示。

◆ 原理示意图：

光纤激光振荡器光路构成示意图

光纤激光放大器光路构成示意图

◆ 效果图：

光纤激光输出功率探测 

调制半导体激光器脉冲“自种子”效应后输出光谱窄化

不同重复频率及脉宽下的脉冲波形图

◆ 技术指标：

·半导体泵浦光纤激光光源：中心波长 976nm，最大输出功率 >=8W，105um 多模光纤耦合输出；

·半导体激光控制电源：5.6 ＂全彩触屏，加载电流 0-9000mA 连续可调，TEC 温控范围 15-35 度连续可调，带限流保护 设置功能；

·连续光纤激光（振荡器）：输出波长 1064nm，最高输出功率不低于 4W；

·高速调制半导体激光器：输出波长 1064nm，输出脉冲宽度 3-100ns，重复频率 10k-20MHz，通过软件可调，FC/APC

光纤端口；

·纳秒脉冲光纤激光放大器：输出平均功率不低于 500mW，输出放大率大于 100 倍；

·光纤激光器实验外箱：外形大小 500×300×100mm，300×200×80mm，M6 点阵螺孔，孔间距 25mm，透明有机玻璃盖板， 内有光纤绕线保护盒；

·激光功率计：主机 5.6 ＂全彩触屏，配有大功率热点探头最大量程 20W，波长范围 200nm-25um，配有小功率光电探头 最大量程 30mW，波长范围 400-1100nm；

·快速光电探测器：测量光谱范围 900-1700nm，带宽 1GHz，上升沿 1ns；

·小型数字光谱仪：SMA905 光纤接口，光谱测量范围 275-1100nm，波长分辨率 1.2nm；

·红外激光显示片：激发波段 800-1400nm，发射波长 585nm，感光面 30×50mm；

·激光防护镜：防护波长 1064&532nm；

·光纤端面清洁器：特殊超净纤维带芯，清洁次数＞ 500，可更换带芯；

·光纤激光器准直输出隔离保护，防止回光。

·精密机械调整架：角度精度 ±4′，分辨率 0.005mm，调节机构保证等双轴等高，横向偏差 1′，纵向偏差 1′；

·光学元件：BK7 A 级精密退火材料，焦距 ±2%，直径 -0.2mm，中心偏差 3′，光圈 1-5；局部误差 0.2-0.5，面粗糙度 60/40（Scratch/Dig），氟化镁增透膜镀膜，有效孔径 90%；

◆ 设备成套性：

半导体激光控制电源，光纤激光主体实验箱 A，光纤激光主体实验箱 B，激光功率计主机，激光热电功率探头， 激光光电功率探头，快速光电探测器，高速调制半导体激光器，小型数字光谱仪，激光红外显示片，激光防护镜， 光纤端面清洁器

◆ 必备设备：

示波器

◆ 建议课时：

4 课时