光纤激光器，我们常说到的976nm究竟是什么？-行业知识-光纤镀膜厂家福津光电技术有限公司-为半导体激光器制造商生产各种波段的镀膜光纤类产品

光纤激光器，我们常说到的976nm究竟是什么？

在介绍光纤激光器的时候，我们常听到的就是976nm、915nm这些数值，那么这些数字究竟是什么意思呢？小编就为为大家解读一下这些概念。

光纤激光器基本原理

光纤激光器是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本的要素组成。泵浦源一般采用半导体激光二极体(LD)，增益介质为稀土掺杂光纤（通常为掺镱光纤，YDF），谐振腔一般由光栅和增益光纤组成。多个激光二极体产生的泵浦光通过前向、后向合束器进入谐振腔，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转并产生辐射，所产生辐射光经受激放大后，通过后向合束器形成稳定的激光输出。

谐振腔基本结构

光纤激光谐振腔主要有高反射光栅、掺镱光纤、低反射光纤光栅三部分组成。

掺镱光纤的基本结构如图所示，由内而外依次是纤芯、内包层、外包层和涂覆层。纤芯中掺杂稀土元素“镱”。泵浦光被注入到内包层中反复穿越纤芯，被镱离子吸收，从而转换为1070nm的光纤激光。

光栅在谐振腔结构中不仅起到正反馈的作用，而且还有模式选择的作用。光子在两光栅之间来回反射，反复穿过增益介质，每次穿过都会激发出新的光子，最终光束能量越来越大。只有特定波长和方向的光才能从低反射光栅中输出。

什么是976nm

在了解以上的基本构造和原理后，我们先从增益光纤的特性出发，下图所示为掺镱光纤吸收和发射谱，可以明显看出：在915nm和976nm波段有两个较强的吸收峰，因此掺镱光纤激光器通常选用的泵浦光波段为915nm或975nm。其中，975nm的吸收峰较高，大约是915nm的3倍。

976nm具有更高的电光转化率

由于976nm的吸收是915nm的3倍，故产生相同功率的1070nm激光，所消耗的976nm泵浦光更少。而泵浦光是由电能转化而来，这就意味着采用976nm泵浦源，所消耗的电能更小，光电转化率更高，更加高效节能。综合分析，915nm的电光转化率在30%左右，而976nm的电光转化率可以达到42%以上。

976nm具有更高的光光转化率

根据普朗克的量子假说：

光子是具有能量的，能量的大小取决于频率v（即波长的倒数），波长越小，频率就越大，能量也就越大。镱离子吸收915nm或976nm的泵浦光发射1070nm激光时，便会产生能量的损耗，我们称之为量子亏损，损耗的能量会直接产生热量，影响激光器的稳定性。

采用976nm的泵浦光发射1070nm激光时，电子跃迁的量子亏损率约为8.8%（1-976/1070），而采用915nm的泵浦光发射1070nm激光时，电子跃迁的量子亏损率约为14.5%（1-915/1070）。可见976nm的泵浦在光光转化率上较915nm的泵浦源有较大提升。

为什么其他友商广泛使用915nm泵浦源

既然掺镱光纤对976nm波长的光吸收更好，光光转化率也更高，那为什么之前包括现在大部分激光器都采用915nm的泵浦源呢？

仔细观察上图，我们可以发现：976nm的吸收峰虽然比较高但是很窄；而915nm处的吸收峰则比较低和宽，吸收峰的高度虽然只有976nm的三分之一，但是吸收谱宽大约是976nm的5倍左右｡对于976nm来说，轻微的波长变化就会严重影响吸收率。

激光二极体的输出波长会随着温度的变化出现漂移。通常，温度漂移系数约为0.31nm/℃。这就体现为温度变化对激光器的性能影响较大。

从能量转化角度来讲，激光器包含以下三种转换：

①220V/380V的电经过电源转换为各种等级电压以驱动泵浦源，

②泵浦源将电能转换为泵浦光，

③泵浦光经过谐振腔增益放大后输出激光。

上述三种转换过程均存在一定的能量损耗，这些损耗的能量大部分转换为热量。温度的变化不仅会影响掺镱光纤对泵浦光的吸收，降低激光器的工作效率，而且未吸收的泵浦光还会导致光路中的其他元器件损坏。

而掺镱光纤在915nm波段的吸收峰较宽，激光二极体波长漂移对吸收效率影响不大，激光器更加稳定，对于光纤激光器设计来说更易控制。因此，915nm泵浦方案过去在光纤激光器市场被广泛使用。

作者：光惠激光应用工程师顾佳星

此文转载自:激光行业观察

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