1、激光装置的起源和发展

(相关资料图)

2、光纤通信需要的光源应该是可以高速调制的光源，以便承载大容量的信息。例如激光器和发光管。所谓“调制”，就是根据要传输的信息改变光的强度来承载信息。

3、1960年，迈门发明了红宝石激光器。激光与普通光的主要区别在于，激光的光频非常简单，具有线性的谱线，光学上称为相干光，是最适合光纤通信的光源。而普通光的频率非常混乱，

4、它包含许多波长。而普通光的光频是很混乱的，包含了很多波长。相干光的特点是光能集中，但发散角很小，类似平行光。红宝石激光器发明后，各种激光器相继诞生：气体激光器，

5、例如氦-氖激光器；有固态激光器，如YAG铱铝石榴石激光器；有化学激光器；染料激光等。其中，半导体激光器是最适合光纤通信的光源。它体积小，效率高，波长适合光纤的低损耗窗口。

6、但是半导体激光器的制造工艺非常复杂，需要在非常高纯度无缺陷的衬底材料上外延生长五层掺杂半导体，然后在上面光刻出微米级的光波导，比光纤还要难。在20世纪70年代末，

7、一种在室温下连续工作、寿命长的半导体激光器终于制成了。1976年，世界上第一条实用的光纤通信线路从亚特兰大到美国华盛顿建立。此时半导体激光器还没有通过测试，光源是半导体发光管。在20世纪80年代初，

8、单模光纤和激光器已经成熟，大容量光纤通信的优势逐渐发挥。

9、半导体激光器发出的光谱线纯净，能量集中，光束细，可以高效地发射到纤芯直径仅为8微米的单模光纤中。今天的高速光纤通信系统部使用半导体激光器作为光源。

10、半导体激光器发光的原理。

11、示出了最简单的半导体激光器结构1。它由五层半导体组成，中间的活性层掺杂了活性物质。电流注入两个电极后，活性层中活性材料原子中的电子被从低能态激发到高能态。

12、这些高能电子从高能态还原到低能态时会发光，称为自发辐射。自发光不是很纯，就是包含了很宽的光谱。如果自发发出的光很强，这些光在半导体的两个镜面上来回反射。在这个过程中，对于每一个相位相同的光能，

13、能量叠加，越来越大；对于不同相位的光能，能量相互削弱，越来越小。能量会根据半导体的两个反射镜形成的谐振腔转换成一定波长的光能，当它振荡时，就会形成激光。激光是由所谓的受激辐射产生的。

14、半导体的镜面光滑半透明，激光可以从镜面输出。限制层的作用是将光能集中在有源层中以提高效率。由半导体激光器发射的激光的波长主要取决于半导体材料和镜面之间的距离。

15、激光的应用

16、激光器以其优异的性能和低廉的价格，被广泛应用于光纤通信、光纤传感、工业加工、医疗、军事等领域。

17、在通信中，激光器提供的1.30微米和1.55微米波段激光是通信的两个低损耗窗口。激光器不仅可以产生连续的激光输出，还可以实现ps-fs超短光脉冲，在DWDM系统中有着巨大的潜在应用。

18、激光使通信系统具有更高的传输速度和更远的传输距离，发挥着不可替代的作用。

19、在传感方面，激光用于相位、波长、光强和偏振光纤传感。可以在油井或气井中测量温度和压力；应变可以用道路、桥梁和船体来测量；飞机机翼的飞行健康监控：还可以应用于光纤水听器和电流传感。

20、在工业上，激光在金属和非金属材料的加工和处理、激光雕刻、激光产品标记、激光焊接、焊缝清洁、精密钻孔和激光图形艺术成像中发挥了重要作用。

21、在医疗方面，激光因其体积小、光纤柔韧性好、光束质量好、无冷却系统而得到广泛应用。

22、光纤激光器使能缩短组织脱落和光致凝结的手术时间：同时使得眼科疾病如角膜成形、近视、远视等的治愈成功率大大提高。还在整容、切除肿瘤、治癌、皮肤病方面扮演重要的角色。

23、在军事方面，高功率激光器以其高亮度，小照射面积，体积小而倍受亲睐。作为武器可以精确的瞄准打击并摧毁目标，另外在定位、测距、遥感、跟踪制导、激光雷达系统传感技术和空间技术等方面有着重要意义。

24、激光器的特点

25、光纤激光器近几年倍受关注，成为大家研究的重点，这是因为它早有其它激光器所无法比拟的优点，主要表现在：

26、(1) 光束质量好，具有非常好的单色性、方向性和稳定性；

27、(2) 光纤既是激光增益介质又是光的导波介质，因此泵浦光的祸合效率相当的高，纤芯直径小，纤内易形成高功率密度，加之光纤激光器能方便地延长增益长度，以便使泵浦光充分吸收，

28、而使总的光一光转换效率超过60%;

29、(3) 基质材料是Si02，具有极好的温度稳定性；而光纤的圆柱形结构具有较高的表面积/体积比，散热快，环境温度允许在-20-+7000C，它的工作物质的热负荷相当小，无需冷却系统，

30、能产生高亮度和高峰值功率，己达140mw/cm2;

31、(4) 体积小，结构简单，工作物质为柔性介质，可设计得相当小巧灵活，使用方便，易于系统集成，性价比高；

32、(5) 作为激光介质的掺杂光纤，掺杂稀土离子拥有极为丰富的能级结构，能级跃迁覆盖了从紫外到红外很宽的波段，可实现激光振荡的跃迁能级很多。可在很宽光谱范围内(455-3500nm)设计运行，

33、加之玻璃光纤的荧光谱相当宽，插入适当的波长选择器即可得到可调谐光纤激光器，调谐范围己达80nm;

34、(6) 硅光纤的工艺现在已经非常成熟，因此可以制作出高精度，低损耗的光纤，大大降低激光器的成本。

35、(7) 与常规传输光纤在材料和几何尺寸上具有自然的通融性和兼容性，因此易于进行光纤集成，祸合损耗低，使用方便。

36、(8) 可在恶劣的环境条件下工作，如高冲击、高震动、高温度等。

本文到此结束，希望对大家有所帮助。