在光纖纖芯中摻入稀土離子，泵浦光通過(guò)光纖時(shí)，纖芯中的稀土離子吸收泵浦光，躍遷到激光上能級(jí)，產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)后的粒子在自發(fā)輻射光子或者特別注入的光子誘導(dǎo)下以受激輻射躍遷到激光下能級(jí)，同時(shí)發(fā)射出與誘導(dǎo)光子相同的光子，這樣的過(guò)程雪崩般發(fā)生，于是發(fā)射出激光。這就是光纖激光器的基本原理。選擇在光纖中摻稀土離子構(gòu)成光纖激光器，部分原因就是稀土離子的吸收范圍正好與半導(dǎo)體激光器的輻射范圍重合，因而能方便地采用成本低廉的、工藝較為成熟的半導(dǎo)體激光器作為泵浦光源。

    光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)由增益介質(zhì)、諧振腔與泵浦源組成。增益介質(zhì)為摻有稀土離子的光纖芯，摻雜光纖放置在兩個(gè)反射率經(jīng)過(guò)選擇的腔鏡之間，泵浦光從光纖激光切割機(jī)激光器的左邊腔鏡耦合進(jìn)入光纖，經(jīng)準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)和濾波器得到輸出激光。從理論上來(lái)說(shuō)，只有泵浦源和增益光纖是構(gòu)成光纖激光器的必須組件，而諧振腔并非必不可缺的組件。諧振腔的選模和增加增益介質(zhì)長(zhǎng)度的作用在激光切割機(jī)光纖激光器中是可以不用的，因長(zhǎng)光纖本身可以非常長(zhǎng) ,從而獲得很高的單程增益，而光纖的波導(dǎo)效應(yīng)又可以起到選模的作用。但實(shí)際應(yīng)用中人們一般希望使用較短光纖，所以多數(shù)情況下采用諧振腔，以引入反饋。

   光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)

   與傳統(tǒng)的氣體激光器和固體激光器相比，以摻雜光纖為工作介質(zhì)的光纖激光器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

   ①增益介質(zhì)的表面積/體積比大

    光纖激光器采用光纖做增益介質(zhì)，具有很大的表面積/體積比，這使其具有非常好的散熱性能，因此，即使非常高功率的光纖激光器，增益介質(zhì)也不會(huì)受到熱損害，一般無(wú)需對(duì)增益介質(zhì)采取特別的散熱措施，而其他種類(lèi)的激光器，增益介質(zhì)的散熱問(wèn)題是需要重點(diǎn)考慮的，因此，該特點(diǎn)是光纖激光器多獨(dú)有的。

   ②優(yōu)異的雙波導(dǎo)限制機(jī)制

    高功率全光纖激光器采用雙包層有源光纖，這種雙層光纖是一種雙波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，高功率的多模泵浦光被限制在直徑較大的內(nèi)包層中傳輸，為采用高功率廉價(jià)的多模泵浦光提供了條件，信號(hào)激光在直徑很小的具有圓對(duì)稱(chēng)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的纖芯中產(chǎn)生和傳輸，在小芯徑纖芯波導(dǎo)的限制下，信號(hào)激光可獲得理想的光束質(zhì)量和極小的出光光斑直徑，這是全光纖激光器獨(dú)具吸引力的重要特點(diǎn)，在高功率激光器中，目前還沒(méi)有一種激光器能夠超越。優(yōu)異的光束質(zhì)量和極小的出光光斑直徑在激光應(yīng)用中具有非常重要的意義，可使后續(xù)應(yīng)用設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)更簡(jiǎn)單，體積更小，工作距離更長(zhǎng)，激光聚焦光斑更小，工作效率更高，加工深度更深，加工質(zhì)量更好等等。

   ③固有的全封閉柔性光路

    全光纖激光器的光路全部由光纖和光纖元件構(gòu)成，光纖和光纖元件之間采用光纖熔接技術(shù)連接，整個(gè)光路完全封閉在光纖波導(dǎo)中。這種天然的全封閉性光路一旦形成，無(wú)需另加隔離措施即可自成體系，實(shí)現(xiàn)與外界環(huán)境的隔離。由于光纖細(xì)小并具有很好的柔性，光路可盤(pán)繞和沿細(xì)小的管道穿行，因此，全光纖激光器能夠在比較惡劣的環(huán)境下工作，輸出光可穿過(guò)狹小的縫隙或沿細(xì)小的管道進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。這些特點(diǎn)在工業(yè)應(yīng)用中優(yōu)勢(shì)巨大，激光不但能適應(yīng)比較惡劣的工作環(huán)境，而且可以使激光器原理出光點(diǎn)，可將激光引入到以前很難到達(dá)的地方，可非常容易移動(dòng)和改變出光點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)加工點(diǎn)公用一臺(tái)激光器，可使激光加工設(shè)備的設(shè)計(jì)具有更高的靈活性等等。

   ④光路具有免維護(hù)性

    如前所述，全光纖激光器的關(guān)谷全部由光纖和光纖元件構(gòu)成，光纖和光纖元件之間采用光纖熔接技術(shù)連接，因此，光路一旦完成，即形成一個(gè)整體，實(shí)踐證明，這樣形成的鏈接結(jié)構(gòu)和連接參數(shù)將長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，如果光纖和光纖元件本身能有長(zhǎng)期穩(wěn)定性，整個(gè)光路將長(zhǎng)期穩(wěn)定，無(wú)需維護(hù)。需要特別指出的是，這種免維護(hù)的特性并非不可維護(hù)和維修，在需要的情況下，整個(gè)光路的維護(hù)和維修同樣可以進(jìn)行，因此，與氣體和固體激光器需要頻繁的維護(hù)維修相比，全光纖激光器光路的免維護(hù)特性異常優(yōu)異，而與半導(dǎo)體激光器的不可維修性相比，全光纖激光器的可維護(hù)性和可維修性表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。

   ⑤壽命長(zhǎng)

    全光纖激光器的光路具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性，因此，需要與之匹配的長(zhǎng)壽命泵浦激光器才能獲得整機(jī)的長(zhǎng)壽命。發(fā)展低價(jià)格的長(zhǎng)壽命多模泵浦激光器使發(fā)展長(zhǎng)壽命光纖激光器的重點(diǎn)。單條寬發(fā)光區(qū)多模泵浦激光器就是這樣一種長(zhǎng)壽命半導(dǎo)體泵浦激光器，其條寬一般取100mm，基本上已經(jīng)接近105/125多模光纖的纖芯直徑，其有源區(qū)條寬是列陣半導(dǎo)體激光器的幾十倍，對(duì)單一發(fā)光條來(lái)說(shuō)，同樣輸出功率和同樣注入電流情況下，其光功率密度和電流密度將降低幾十倍，有源區(qū)溫度也會(huì)有所降低，在忽略其他因素的前提下，單條寬發(fā)光區(qū)半導(dǎo)體泵浦激光器降低失效率的作用是異常顯著的。目前尾纖輸出功率大于5W的單條寬發(fā)光區(qū)半導(dǎo)體泵浦激光器的平均無(wú)故障工作時(shí)間已經(jīng)達(dá)到50萬(wàn)小時(shí)以上。采用單條寬發(fā)光區(qū)半導(dǎo)體泵浦激光器作為光線激光器的泵浦源，全光纖激光器將具備長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，因此，制作具有幾十萬(wàn)小時(shí)得長(zhǎng)壽命光纖激光器在技術(shù)上已經(jīng)可行。

   ⑥體積小重量輕

    全光纖激光器由于光路可盤(pán)繞，光路占用空間較小，在采用單條寬發(fā)光區(qū)半導(dǎo)體泵浦激光器做泵浦源的情況下，泵浦激光器可分散安裝，具有很好的散熱特性，在安裝密度不高的情況下，采用冷即可，在安裝密度較高的情況下，只需少量通水即可滿(mǎn)足散熱要求，因此，全光纖激光器的體積比同樣輸出功率的氣體和固體激光器系統(tǒng)更小，重量更輕。

    相關(guān)資訊登陸華宇誠(chéng)數(shù)控網(wǎng)站：http://www.csu.sh.cn