光电系统的常用光源

太 阳 、 黑 体 辐 射 器热 辐 射 光 源 白 炽 灯 、 卤 钨 灯汞 灯钠 灯气 体 放 电 光 源 金 属 卤 化 物 灯氙 灯氘 灯光 源 气 体 激 光 器固 体 激 光 器激 光 器 染 料 激 光 器半 导 体 激 光 器光 纤 激 光 器 发 光 二 极 管 1.1 辐 射 度 学 与 光 度 学的 基 础 知 识 介 绍 描 述 光 辐 射 的 一 套 参 量一 、 辐 射 度 的 基 本 物 理 量 1.辐 射 能 ： 以 辐 射 的 形 式 发 射 、 传 播 或 接 收 的 能 量 ， 单位 为 J（ 焦 耳 ） 。 2.辐 射 通 量 又 称 辐 射 功 率 ： 单 位 时 间 内 通 过 某 截 面 的 所 有 波 长 的 总 电 磁 辐 射 能 ， 单 位 为 W（ 瓦 、 焦 耳 每 秒 ） 。 eQ e ( , ) ee dI d 单 位 : （ 瓦 每 球 面 度 ）W sr3.辐 射 强 度 描 述 点 辐 射 源 的 辐 射 功 率 在 不 同 方 向 上 的 分 布 。 定 义 为 在 给 定 方 向 上 的 立 体 角 元 内 ， 辐 射 源 发 出 的 辐射 通 量 与 立 体 角 元 之 比 。 ,eI 4.辐 射 出 射 度 与 辐 射 亮 度eM ,eB ee dM dS 单 位 ： （ 瓦 每 平 方 米 ）2W m2 ( , )( , cos cos e ee d dIB dS d dS ） 单 位 ： （ 瓦 每 球 面 度 平 方 米 ） 2W sr m 的 定 义 的 定 义 eM ,eB 辐 射 出 射 度 ： 通 过 单 位 面 元 辐 射 出 的 功 率 。辐 射 亮 度 ： 是 面 元 位 置 和 辐 射 方 向 的 函 数 ， 等 于 该 方 向 面 元 辐 射 强 度与 面 元 表 面 积 之 比 。 5.辐 射 照 度是 照 射 在 面 元 上 的 辐 射 通 量 与 该 元 的 面 积 之 比 。 eL ee dL dS 单 位 ： （ 瓦 每 平 方 米 ）2W m6.光 谱 辐 射 量 或 单 色 辐 射 度 量 、 辐 射 量 的 光 谱 密 度 ： 是 该 辐 射 量 在某 波 长 处 的 单 位 波 长 间 隔 内 的 大 小 ， 是 辐 射 量 随 波 长 的 变 化 率 。( ) ee dd 0 ( )e e d 其 它 辐 射 度 量 都 有 类 似 关 系 。 二 、 光 度 的 基 本 物 理 量1.光 谱 光 视 效 率 V( ): 人 眼 对 各 种 光 波 长 的 相 对 灵 敏 度详 见 表 1.1 2.光 度 量 光 度 量 与 辐 射 度 量 是 一 一 对 应 的 。 辐 射 度 量 是 客 观 物 理 量 ， 光 度 量 体 现 了 人 的 视 觉 特 性 。1） 光 能 单 位 ： lms（ 流 明 秒 ）2） 光 通 量 单 位 ： lm （ 流 明 ）3） 发 光 强 度 单 位 ： cd（ 坎 德 拉 ） 发 光 强 度 是 光 度 量 中 最 基 本 的 单 位 。在 明 视 觉 时 ， 规 定 ： 时 ， vv dI d vQ v vIvI555nm 1 11 683lm Wcd srsr 即 ： 1W = 683 lm 此 时 ， V( ） =1 555nm V( ） 1 1W 683 lm 时 ， 可 见 ， 辐 射 通 量 与 光 通 量 之 间 的 换 算 关 系 ： 1W = 683 V( ） lm ， 定 义 ： Km = 683 lm /W( ) ( ) ( )v m eK V 0 ( ) ( )v m eK V d 有 关 系 式 ：4） 光 出 射 度 与 光 亮 度 vM vBvv dM dS 单 位 ： lm /m22cos cosv vv d dIB dS d dS 单 位 ： cd/m2实 用 单 位 ： sb(熙 提 ) 1sb = 104cd/m2 5)光 照 度 vL vv dL dS 单 位 ： lx（ 勒 克 斯 ） 1lx = 1lm/m2普 适 关 系 式 ： 0 ( ) ( )V m eX K V X d 三 、 光 源 的 辐 射 效 率 与 发 光 效 率 21 ( )eee dP P 0 ( ) ( )m evv K V dP P 辐 射 效 率发 光 效 率 单 位 ： lm/W 1.2 热 辐 射 光 源 在 热 平 衡 条 件 下 , , ,eb ebM T T L T 绝 对 黑 体 热 辐 射 能 力 最 强 ， 是 一 种 理 想 的 热 辐 射 源 。由 于 内 部 原 子 、 分 子 的 热 运 动而 产 生 辐 射 的 光 源 ，辐 射 光 谱 是 连 续 光 谱一 、 理 想 的 热 辐 射 光 源热 辐 射 光 源 ： 物 体 温 度 升 高 到 足 够 高 即 可 发 光 。 需 要 外 界 提供 能 量 ， 维 持 辐 射 。 在 辐 射 过 程 中 不 改 变 自 身 的 原 子 、 分 子的 内 部 状 态 ， 辐 射 光 谱 是 连 续 光 谱 。 ( ， T)=1 绝 对 黑 体辐 射 出 射 度 光 谱 吸 收 比 入 射 辐 射 2 15( , ( 1)eb c TcM T e ） 普 朗 克 公 式 ：(黑 体 的 单 色 辐 射出 射 度 ) 5m hckT 4 0 ,eb ebM T M T d T 维 恩 位 移 定 律 ：(最 大 辐 射 出 射 度 ) 斯 蒂 芬 玻 尔 兹 曼 定 律 ：(黑 体 的 辐 射 出 射 度 只 与 黑 体 的 温 度 有 关 ，与 其 他 性 质 无 关 ） 绝 对 黑 体 的 温 度 决 定 了 它 的 辐 射 光 谱分 布 ； 随 着 温 度 T的 升 高 ； 峰 值 波 长 向 短 波 方 向 移 动 ； 总 出 射 度 迅 速 增 加 。m ebM T 黑 体 的 辐 射 出 射 度灰 体 ： ( ， T) 1的 热 辐 射 光 源 ， 具 有 与 绝 对 黑 体 类 似 的 辐 射 规 律 。 色 温 ： 规 定 两 波 长 处 热 辐 射 源的 辐 射 比 率 相 同 的 黑 体 温 度 。色 温 高 代 表 蓝 绿 光 成 分 多 些 ，色 温 低 则 表 示 橙 红 光 多 些 。相 关 色 温 ： 1.太 阳 与 黑 体 辐 射 器二 、 实 际 的 热 辐 射 光 源 太 阳 的 光 谱 分 布非 常 接 近 于 绝 对 黑 体黑 体 辐 射 器 ：科 学 制 作 的 小 孔 空腔 结 构 ， 可 以 很 好地 实 现 绝 对 黑 体 的辐 射 功 能 。常 用 作 标 准 光 源 ，最 高 工 作 温 度 是3000K。 实 际 应 用 多 在 2000K以 下 。 2.白 炽 灯 与 卤 钨 灯 灰 体 钨 丝 做 灯 丝白 炽 灯玻 璃 泡 壳 ;色 温 约 2800K,辐 射 光 谱 约 0.4 3 m。 可 见 光 只 占 6 12%， 用 于 照 明 ； 加 红 外 滤 光 片 可 作 为 近 红 外 光 源 。卤 钨 灯 石 英 泡 壳 ;泡 壳 内 充 入 微 量 卤 族 元 素 或 其 化 合 物 （ 如 溴 化 硼 ） ;形 成 卤 钨 循 环 。 色 温 3200K以 上 ,辐 射 光 谱 为 0.25 3.5 m。 发 光 效 率 可 达 30lm/W(为 白 炽 灯 的 2 3倍 )， 作 仪 器 白 光 源 . 1.3 气 体 放 电 光 源发 光 机 理 ： 气 体 放 电 。 气 体 在 电 场 作 用 下 激 励 出 电 子 和离 子 ， 成 为 导 电 体 。 离 子 向 阴 极 、 电 子 向 阳 极 运 动 ， 从电 场 中 得 到 能 量 ， 它 们 与 气 体 原 子 或 分 子 碰 撞 时 会 激 励出 新 的 电 子 和 离 子 ， 也 会 使 气 体 原 子 受 激 ， 内 层 电 子 跃迁 到 高 能 及 。 受 激 电 子 返 回 基 态 时 ， 就 辐 射 出 光 子 来 。 气 体 放 电 光 源 的 特 点 ：1） 发 光 效 率 高 ,节 能 。2） 电 极 牢 固 紧 凑 ， 耐 震 ， 抗 冲 击 。3） 寿 命 长 ， 比 白 炽 灯 长 2 10倍 。4） 辐 射 光 谱 可 以 选 择 ， 只 要 选 用 适 当 的 发 光 材 料 。泡 壳 ： 用 玻 璃 或 石 英 等 材 料 制 造 ；电 极 ： 阴 极 、 阳 极 或 不 区 分 （ 交 流 灯 ）泡 壳 内 充 入 发 光 用 的 气 体 ： 金 属 蒸 汽 、 金 属 化 合 物 蒸 汽 、 惰 性 气 体基本结构 一 、 汞 灯 泡 壳 内 充 汞 蒸 汽1.低 压 汞 灯 ： 作 253.7nm紫 外 光 源 ； 作 荧 光 灯 （ 日 光 灯 ） 。 印 刷 制 版 、 灭 菌 灯2.高 压 汞 灯 ： 可 见 辐 射 加 强 ， 呈 带 状光 谱 ， 可 作 高 效 工 业 照 明光 源 。3.球 形 超 高 压 汞 灯 ： 很 好 的 蓝 绿 光 点 光 源 。探 照 灯 、 投 影 仪 二 、 钠 灯 泡 壳 内 充 的 是 氖 氩 混 合 气 体 与 金 属 钠 滴 。低 压 钠 灯 ： 发 出 波 长 589.0nm、 589.6nm 两 条 谱 线 的 单 色 光 源 。高 压 钠 灯 ： 接 近 白 光 ， 亮 度 高 ， 用 于 照 明 光 源 。三 、 金 属 卤 化 物 灯 泡 壳 内 充 的 是 金 属 卤 化 物 气 体 。 通 过 金 属 卤 化 物 循 环 ， 提 供 足 够 的 金 属 原 子 气 体 。 铊 灯 （ 碘 化 铊 ） ： 绿 光 ， 峰 值 535nm。 镝 灯 （ 碘 化 镝 、 碘 化 铊 ） ： 色 温 6000K。 镝 灯 的 发 光 波 长 范 围 为 380 780毫 微 米 ， 为 各 种 波 长 光 组 成 的 密 集 型 光 源 ， 主 峰 波 长 为 530毫 微 米 。 钪 钠 灯 和 钠 铊 铟 灯 （ 碘 化 钠 、 碘 化 铊 、 碘 化 铟 ） ： 近 白 色 光 源 , 色 温 5500K。 不 必 涂 荧 光 粉 ， 比 汞 灯 更 好 碘 化 锂 ： 红 光 四 、 氙 灯 泡 壳 内 充 的 是 是 惰 性 气 体 氙 。 色 温 6000K， 亮 度 高 ， 被 称 为 “ 小 太 阳 ” ， 寿 命 长 。长 弧 氙 灯 :电 极 间 距 为 15-130cm,工 作 气 压 105Pa, 大 范 围 照 明 光 源 。短 弧 氙 灯 :电 极 间 距 为 毫 米 级 ，工 作 气 压 1-2MPa, 日光 色 点 光 源 。 脉 冲 氙 灯 :工 作 气 压 100Pa以 下 ， 脉 冲 时 间 极 短 （ nS pS)， 光 很 强 ,用 于 光 泵 、光 信 号 源 、 照 相 制 版 、 高 速 摄 影 五 、 氘 灯 泡 壳 内 充 有 高 纯 度 的 氘 气 灯 的 紫 外 辐 射 强 度 高 、 稳 定 性 好 、 寿 命 长 ， 常 用 作 连 续 紫 外 光 源 （ 185400nm） 。 主 要 是 依 靠 等 离 子 体 放 电 ， 就 是 指 始 终 让 氘 灯 处 于 一 个 稳 定 的 氘 元 素 （ D2或 者 重 氢 ） 电 弧 状 态 下 ， 使 得 氘 灯 成 为 高 精 度 的 分 析 测 量 仪 器 光 源 。 氘 灯 广 泛 应 用 于 液 相 色 谱 仪 的 UV检 测 器 、 UV VIS分 光 光 度 计 、 电 泳 、SOx/NOx分 析 仪 、 血 液 检 查 等 多 种 分 析 测 试 仪 器 中 。 1.4 激 光 器 20世 纪 激 光 的 诞 生 标 志 着 人 类 对 光 子 的 掌握 和 利 用 进 入 了 一 个 崭 新 的 阶 段 。 激 光 （ laserlight amplification by stimulated emission of radiation) 继 原 子 能 和 半 导 体 之 后 的 又 一 项 重 大 新 技 术 突 破 了 非 相 干 光 源 单 色 亮 度 很 低 、 传 播 时 衰 减 快 的 缺 陷 通 过 泵 浦 与 谐 振 腔 的 作 用 ， 出 射 光 强 远 大 于 入 射 光 强 相 位 整 齐 、 亮 度 高 、 方 向 性 好 、 强 度 高 的 相 干 光 为 信 息 处 理 提 供 了 稳 定 的 载 息 媒 介 一 、 激 光 器 概 述n光 的 自 发 辐 射 和 受 激 辐 射受 激 吸 收自 发 辐 射受 激 辐 射 受 激 辐 射 的 特 点 ： 受 激 辐 射 产 生 的 光 子 与 原 来 的 光 子 具 有 完 全 相 同 的 状 态 ，即 具 有 相 同 的 频 率 、 相 位 、 偏 振 状 态 、 传 播 方 向 。结 论 ： 受 激 辐 射 所 得 到 的 光 是 相 干 光 。2 1E E h 2 1E E h n激 光 的 产 生产 生 激 光 的 必 要 条 件 ： 实 现 粒 子 数 反 转 n激 光 器 的 基 本 结 构 激 光 工 作 物 质 ： 晶 体 、 玻 璃 、 气 体 、 半 导 体 、 液 体 及 自 由 电 子等 数 百 种 之 多 。 激 励 方 式 ： 光 激 励 、 电 激 励 、 热 激 励 、 化 学 激 励 、 核 激 励 等 。 n泵 浦 -激 励 激 励 方 式 : 光 激 励 、 电 激 励 、 热 激 励 、 化 学 激 励 、 核 激 励 实 现 粒 子 数反 转 的 过 程 氦 氖 632.8nm 红 宝 石 694.3nm n光 学 谐 振 腔 方 向 性 好相 干 性 好n激 光 特 性谐 振 腔 长 度谐 振 腔 的 作 用 a. 维 持 光 振 荡 ， 起 到 光 放 大 作 用 。 b. 使 激 光 产 生 极 好 的 方 向 性 。 c. 使 激 光 的 单 色 性 好 。单 色 性 好能 量 集 中 n激 光 形 成 机 理 电 泵 浦 或 光 泵 浦 等 ； 造 成 工 作 物 质 中 粒 子 数 反 转 分 布 ； 自 发 辐 射 引 发 受 激 辐 射 ， 形 成 光 放 大 ； 谐 振 腔 对 辐 射 光 波 选 频 放 大 。n激 光 的 优 越 性高 亮 度 、 高 方 向 性 、 高 单 色 性 和 高 度 的 时 间 空 间 相 干 性（ 具 有 相 同 的 频 率 、 相 位 、 偏 振 状 态 、 传 播 方 向 ）n激 光 器 种 类 ： 已 有 数 百 种 激 光 器 ， 波 长 ： 输 出 波 长 从 近 紫 外 到 远 红 外 ， 功 率 ： 辐 射 功 率 从 毫 瓦 到 万 瓦 、 兆 瓦 级 。 二 、 气 体 激 光 器 工 作 物 质 是 气 体 或 金 属 蒸 汽 ， 通 过 气 体 放 电 实 现 粒 子数 反 转 。 所 谓 气 体 放 电 ， 是 指 在 高 电 压 的 作 用 下 ， 气 体 分 子（ 或 离 子 ） 发 生 电 离 而 导 电 。 放 电 方 式 ： 直 流 连 续 放 电 （ 辉 光 放 电 和 弧 光 放 电 ） 、高 频 放 电 、 脉 冲 放 电 。 优 点 ： 工 作 物 质 （ 气 体 ） 均 匀 性 好 ， 谱 线 宽 度 窄 ， 输出 光 束 的 质 量 相 当 高 。 He-Ne激 光 器 、 CO 2激 光 器 nHe-Ne激 光 器工 作 物 质 ： He-Ne激 光 器 是 典 型 的 惰 性 气 体 原 子 激 光 器 。 Ne为 工 作物 质 ， He为 辅 助 气 体 。 特 点 ： He-Ne激 光 器 输 出 连 续 光 ， 工 作 波 段 从 可 见 光 到 近 红 外 。 常 用 的 工作 波 长 632.8nm,其 次 1.15um、 3.39um等 。He-Ne激 光 器 输 出 光 束 质 量 很 高 ， 表 现 为 单 色 性 好 ( )和方 向 性 好 ( )。由 于 增 益 低 ， 所 以 输 出 功 率 较 小 ， 一 般 为 毫 瓦 量 级 (0.5-100mw)。器 件 结 构 简 单 ， 造 价 低 廉 。 应 用 ： He-Ne激 光 器 广 泛 应 用 于 准 直 、 定 位 、 全 息 照 相 、 测 量 、 精 密 计 量 、光 盘 录 放 、 信 息 处 理 、 医 疗 、 照 排 印 刷 等 领 域 。1Q mrad 20hz nHe-Ne激 光 器 nHe-Ne激 光 器 nCO2激 光 器工 作 物 质 ： CO2激 光 器 是 一 种 混 合 气 体 激 光 器 。 CO2为 工 作 物 质 ， 辅 助气 体 有 N2、 He、 CO、 Xe、 H2O、 H2、 O2。 特 点 ： CO2激 光 器 的 工 作 方 式 为 连 续 或 脉 冲 ， 工 作 状 态 可 以 是 稳 频 或 调 谐 。 输 出 功 率 相 当 大 ， 能 量 转 换 效 率 高 。 CO2激 光 器 连 续 输 出 功 率 可 达 数 十 万 瓦 ， 是 所 有 激 光 器 中 连 续 输 出 功 率 最 高 的 器 件 ； 脉 冲 输 出 能 量 达 数 万 焦 ； 脉 冲 可 压 缩 到 纳 秒 量 级 ；脉 冲 功 率 密 度 可 达 太 瓦 (tw)量 级 。 输 出 波 长 分 布 在 9-18um波 段 ， 已 观 察 到 的 激 光 波 长 二 百 多 条 。 其 中 在 9-11um红 外 波 段 中 最 重 要 的 输 出 波 长 10.6um处 在 大 气 传 输 窗口 ， 且 对 人 眼 无 害 。应 用 ： 应 用 于 激 光 测 距 、 激 光 制 导 、 大 气 通 信 等 领 域 。 nCO2激 光 器 三 、 固 体 激 光 器工 作 物 质 是 由 光 学 透 明 的 晶 体 或 玻 璃 作 为 固 体 激 光器 基 质 材 料 ， 掺 以 激 活 离 子 或 其 他 激 活 物 质 构 成 。这 种 工 作 物 质 一 般 应 具 有 良 好 的 物 理 化 学 性 质 、窄 的 荧 光 谱 线 、 强 而 宽 的 吸 收 带 和 高 的 荧 光 量 子 效率 。光 泵 浦 （ 气 体 放 电 灯 和 半 导 体 激 光 器 ）有 脉 冲 输 出 激 光 器 和 连 续 输 出 激 光 器 。玻 璃 激 光 工 作 物 质 容 易 制 成 均 匀 的 大 尺 寸 材 料 ， 可 用 于 高 能 量 或 高 峰 值功 率 激 光 器 。 但 其 荧 光 谱 线 较 宽 ， 热 性 能 较 差 ， 不 适 于 高 平 均 功 率 下 工 作 。晶 体 激 光 工 作 物 质 一 般 具 有 良 好 的 热 性 能 和 机 械 性 能 ， 窄 的 荧 光 谱 线 ，但 获 得 优 质 大 尺 寸 材 料 的 晶 体 生 长 技 术 复 杂 。主 要 优 点 ： 能 量 大 (掺 杂 离 子 的 浓 度 比 气 体 工 作 物 质 高 4-5个 数 量 级 ） 、 峰 值 功 率 高 （ Q开 关 、 倍 频 、 锁 模 等 技 术 ） 、 结 构 紧 凑 、 坚 固 可 靠 和 使 用 方 便 。 固 体 激 光 器 可 作 大 能 量 和 高 功 率 相 干 光 源 。 红 宝 石 脉 冲 激 光 器 的 输 出能 量 可 达 千 焦 耳 级 。 经 调 Q和 多 级 放 大 的 钕 玻 璃 激 光 系 统 的 最 高 脉 冲功 率 达 10瓦 。 钇 铝 石 榴 石 连 续 激 光 器 的 输 出 功 率 达 百 瓦 级 ， 多 级 串 接可 达 千 瓦 。 固 体 激 光 器 运 用 Q开 关 技 术 （ 电 光 调 制 ） , 可 以 得 到 纳 秒 至 百 纳 秒 级的 短 脉 冲 ， 采 用 锁 模 技 术 可 得 到 皮 秒 至 百 皮 秒 量 级 的 超 短 脉 冲 。 固 体 激 光 器 的 波 长 在 红 外 波 段 。 用 非 线 性 材 料 进 行 波 长 转 换 ,得 到 绿光 、 蓝 光 、 紫 外 固 体 激 光 器 。 研 究 趋 势 ： LD泵 浦 固 体 激 光 器 与 准 相 位 匹 配 频 率 转 换 结 合 ， 以 期 制造 出 结 构 简 单 小 巧 、 价 格 便 宜 的 可 调 谐 激 光 器 。 常 用 的 激 光 晶 体 有 红 宝 石 (Cr:Al2O3,波 长 694.3nm)、 掺 钕 钇 铝 石 榴 石 （ Nd:Y3Al5O12， 简 称 Nd:YAG,波 长1.064m） 、 氟 化 钇 锂 (LiYF4,简 称 YLF； Nd:YLF,波 长 1.047或 1.053 m ； Ho:Er:Tm:YLF,波 长 2.06 m)等 。固 体 激 光 器 在 军 事 、 加 工 、 医 疗 和 科 学 研 究 领 域 有 广 泛 的 用 途 。它 常 用 于 测 距 、 跟 踪 、 制 导 、 打 孔 、 切 割 和 焊 接 、 半 导 体 材 料 退 火 、电 子 器 件 微 加 工 、 大 气 检 测 、 光 谱 研 究 、 外 科 和 眼 科 手 术 、 等 离 子体 诊 断 、 脉 冲 全 息 照 相 以 及 激 光 核 聚 变 等 方 面 。 固 体 激 光 器 还 用 作 可 调 谐 染 料 激 光 器 的 激 励 源 。 n 代 表 性 的 固 体 激 光 器YAG激 光 器 基 质 晶 体 Y3Al 5O12热 物 理 性 能 优 良 ， 使 激 光 器 既 可 连 续 工 作 又 可 高 效 率 脉 冲 工 作 。掺 钕 钇 铝 石 榴 石 ，工 作 基 质 晶 体 ： 二 元 复 合 晶 体 比 例 为 Y2O3:Al2O3=3:5输 出 波 长 1064nm， 加 倍 频 技 术 可 输 出 532nm。已 经 实 现 了 KW级 大 功 率 输 出 ，广 泛 用 于 激 光 加 工 、 激 光 医 疗 、 科 学 研 究 之 中 。 YAGNd :3 YAGEr : 3 输 出 波 长 2.94 m,用 于 激 光 医 疗 。 YAGHo :3 输 出 波 长 2.1 m,用 于 激 光 医 疗 ,空 间 光 通 信 。 n 代 表 性 的 固 体 激 光 器 掺 钕 铝 酸 钇 激 光 器 工 作 物 质 是 Nd3+:YAlO3， 代 号 Nd3+:YAP。工 作 基 质 晶 体 ： 二 元 复 合 晶 体 比 例 为 Y2O3:Al2O3=1:1b轴 棒 输 出 波 长 1079nm； c轴 棒 适 于 调 Q脉 冲 激 光 ， 输 出 波 长 1064nm。YAP晶 体 的 优 点 ： 除 了 物 理 、 化 学 、 机 械 等 性 能 方 面 都 可 以 与 YAG媲 美 之外 ， 且 能 掺 入 较 高 浓 度 的 钕 或 其 他 稀 土 离 子 ， 储 能 较 大 ， 转 换 效 率 高 ，且 为 光 学 负 双 轴 晶 体 ， 能 获 得 线 偏 振 光 。 3 :Nd YAP 钕 玻 璃 激 光 器在 光 学 玻 璃 中 掺 入 适 量 的 Nd 2O3， 输 出 波 长 1.064 m。钕 玻 璃 的 优 点 ： 光 学 玻 璃 制 备 工 艺 成 熟 ， 所 以 钕 玻 璃 易 获 得 良 好 的 光 学均 匀 性 。 玻 璃 的 形 状 和 尺 寸 有 较 大 的 自 由 度 ， 大 的 钕 玻 璃 棒 可 长 达 1-2m， 直 径 为 3-10cm， 也 可 做 成 厚 为 5cm， 直 径 为 90cm的 盘 片 ； 大 的 可制 成 特 大 功 率 激 光 器 ， 小 的 可 做 成 直 径 仅 几 微 米 的 玻 璃 纤 维 ， 用 于 集 成光 路 中 的 光 放 大 或 震 荡 。 n 可 调 谐 的 固 体 激 光 器 323 : OAlTi 工 作 物 质 ： 掺 Ti3+的 蓝 宝 石 晶 体 （ Al2O3） ， 输 出 激 光 有 宽 的 调 谐 范 围 （ 700-1000nm， 峰 值 波 长 800nm） ， 应 用 广 泛 ， 并 实 现 飞 秒 超 短 脉 冲 。 423 : OBeAlCr 可 调 谐 范 围 700-800nm。 采 用 调 Q技 术 ， 输 出 755nm脉 冲 激 光 ， 在 激 光 医 疗 中很 重 要 。 五 磷 酸 钕 激 光 器 简 写 为 NPP激 光 器 。 输 出 波 长 1064nm。优 点 ： 激 光 晶 体 的 组 分 是 Nd5P5O14， 激 活 离 子 是 Nd3+， 但 Nd3+不 是 以 掺 杂方 式 加 入 ， 而 是 晶 体 化 合 物 的 成 分 之 一 ， 因 此 Nd3+密 度 很 高 ， 约 为 YAG晶体 的 30倍 。 能 量 转 换 效 率 高 ， 输 出 功 率 高 。 被 称 为 袖 珍 激 光 器 。宽 波 段 连 续 可 调 谐 晶 体 特 点 ： 晶 体 中 的 激 活 杂 质 具 有 特 殊 的 能 级 结 构 ， 它能 在 很 宽 的 范 围 内 产 生 受 激 辐 射 。 适 当 设 计 谐 振 腔 ， 并 在 其 中 插 入 一 个 可调 谐 元 件 （ 光 栅 或 棱 镜 ） ， 就 能 获 得 可 调 谐 激 光 输 出 。 n激 光 二 极 管 （ LD） 泵 浦 的 固 体 激 光 器LD泵 浦 的 优 点 ： 光 谱 匹 配 ， 激 光 二 极 管 的 窄 光 谱 输 出 可 与 激 光 能 级 吻 合 ， 实现 高 效 率 的 能 量 转 换 ； LD输 出 的 光 束 可 以 准 直 和 聚 焦 ； LD的 体 积 小 功 耗 低 、 长 寿 命 。LD泵 浦 有 端 面 泵 浦 和 侧 面 泵 浦 。采 用 端 面 泵 浦 ， 实 现 高 效 率 的 能 量 转 换 （ 20%） 。 将 泵 浦 激 光 聚焦 ， 聚 焦 光 斑 直 径 在 50-100um， 使 之 与 TEM 00模 的 直 径 相 一 致 。 n激 光 二 极 管 （ LD） 泵 浦 的 固 体 激 光 器端 面 泵 浦 的 最 大 的 优 点 就 是 容 易 获 得 好 的 光 束 质 量 ， 可 以 实 现 高 亮 度 的 固 体激 光 器 。 结 构 简 单 。端 面 泵 浦 的 效 率 较 高 。 这 是 因 为 ,在 泵 浦 激 光 模 式 不 太 差 的 情 况 下 ， 泵 浦 光 都能 由 会 聚 光 学 系 统 耦 合 到 工 作 物 质 中 ， 耦 合 损 失 较 少 ；另 一 方 面 ， 泵 浦 光 也 有 一 定 的 模 式 ， 而 产 生 的 振 荡 光 的 模 式 与 泵 浦 光 模 式 有密 切 关 系 ， 匹 配 的 效 果 好 ， 因 此 ， 工 作 物 质 对 泵 浦 光 的 利 用 率 也 相 对 高 一 些 。正 是 由 于 端 面 泵 浦 方 式 效 率 高 、 模 式 匹 配 好 、 波 长 匹 配 的 优 点 近 年 来 在 国 际上 发 展 极 为 迅 速 ， 已 成 为 激 光 学 科 的 重 点 发 展 方 向 之 一 。 它 在 激 光 打 标 、 激 光 微 加 工 、 激 光 印 刷 、 激 光 显 示 技 术 、 激 光 医 学 和 科 研 等 领 域 都 有 广 泛 的 用途 ， 具 有 很 大 的 市 场 潜 力缺 点 ： 但 输 出 功 率 受 到 限 制 。侧 面 泵 浦 也 称 为 横 向 泵 浦 ， 由 于 棒 长 度 可 延 伸 ， 侧 面 面 积 大 ， 可 以 有 充 分 的泵 浦 光 传 输 至 工 作 物 质 中 ， 因 此 激 光 输 出 功 率 可 由 数 瓦 至 数 千 瓦 。用 LD列 阵 泵 浦 固 体 激 光 器 实 现 了 高 功 率 激 光 输 出 ：（ 940nm） Yd3+:YAG 115W 1030nm ； （ Yd镱 )（ 805nm） Tm3+:YAG 115W 2um ； （ Tm铥 )（ 810nm） Nd3+:YAG 750W 1060nm (直 径 仅 6mm)； 四 、 染 料 激 光 器 工 作 物 质 是 有 机 染 料 ， 光 泵 浦 。 其 能 级 由 单 重 态 (S)和 三 重 态 (T)组 成 。S和 T又 分 裂 成 许 多 振 动 转 动 能 态 ， 在 溶 液 中 这 些 能 态 还 要 明 显 加 宽 ，因 此 能 发 出 很 宽 的 荧 光 。 一 般 染 料 激 光 器 的 结 构 简 单 、 价 廉 ， 输 出 功 率 和 转 换 效 率 都 比 较 高 。 环 形 染 料 激 光 器 的 结 构 比 较 复 杂 ， 但 性 能 优 越 ， 可 以 输 出 稳 定 的 单 纵模 激 光 。 染 料 激 光 的 调 谐 范 围 为 0.3 1.2微 米 ， 有 极 好 的 光 束 质 量 ， 是 应 用 最多 的 一 种 可 调 谐 激 光 器 。 有 连 续 输 出 的 激 光 器 ， 也 有 脉 冲 输 出 的 激 光 器 。 可 产 生 超 短 光 脉 冲 （ ps-fs)， 峰 值 功 率 达 几 百 MW。 五 、 半 导 体 激 光 器 （ LD） 工 作 物 质 是 半 导 体 材 料 形 成的 P-N结 。 与 结 平 面 垂 直 的 晶 体 解 理 面构 成 F-P谐 振 腔 。 对 P-N结 正 向 注 入 电 流 或 光泵 浦 ， 可 激 发 激 光 。主 要 优 点体 积 小 ， 重 量 轻 ， 易 调 制 ， 功 耗 低 ； 波 长 覆 盖 面 广 （ 0.33 44 m） ；能 量 转 换 效 率 高 ， 有 大 功 率 、 高 集 成 度 器 件 。应 用 广 泛激 光 通 信 、 光 存 储 、 光 陀 螺 、 激 光 打 印 、 激 光 测 距 和激 光 雷 达 等 n LD的 结 构 、 性 能 和 应 用1.半 导 体 材 料 的 能 带半 导 体 材 料 ： 锗 、 硅 、 GaAs等 是 单 晶 体 。晶 体 中 电 子 的 共 有 化 运 动 ： 半 导 体 材 料 中有 规 则 周 期 性 排 列 的 原 子 周 围 的 外 层 电 子即 围 绕 每 个 原 子 运 动 ， 又 在 原 子 之 间 作 共有 化 运 动 。 形 成 共 价 晶 体 。导 电 载 流 子 ： 电 子 、 空 穴 。晶 体 中 的 能 带 ： 价 带 ： 形 成 共 价 键 的 电 子 所 占 据 的 能 带 。导 带 ： 价 带 上 面 的 邻 近 能 带 ， 自 由 电 子 占 据 。禁 带 ： 价 带 顶 到 导 带 底 之 间 是 禁 带 ， 不 允 许 电 子 占 据 。 I型 半 导 体 ： 纯 净 的 半 导 体 (Ge或 Si） 称 为 本 征 半 导 体 。 在常 温 下 ， 本 征 半 导 体 出 现 电 子 -空 穴 对 导 电 载 流 子 ， 具 有 导电 性 。 （ 电 子 -空 穴 对 ）N型 半 导 体 ： 掺 入 五 价 As或 P,形 成 共 价 键 后 ， 还 余 一 个 电 子 。被 As释 放 后 成 为 自 由 电 子 。 自 由 电 子 浓 度 高 于 空 穴 浓 度 。施 主 As束 缚 电 子 的 能 量 状 态 称 为 施 主 能 级 。 （ 正 离 子 与 电子 ）P型 半 导 体 ： 掺 入 三 价 B,形 成 共 价 键 后 ， 还 缺 一 个 电 子 。 B从 Ge晶 体 中 获 取 电 子 成 为 负 离 子 ， 在 Ge晶 体 中 出 现 空 穴 。受 主 B获 取 电 子 的 能 量 状 态 称 为 受 主 能 级 。 （ 负 离 子 与 空 穴 ） 根 据 量 子 理 论 和 泡 利 不 相 容原 理 ， 半 导 体 中 电 子 的 能 级分 布 服 从 费 米 统 计 分 布 规 律 ：在 热 平 衡 条 件 下 ， 能 量 为 E的 能 级 被 电 子 占 据 的 概 率 为 ( )/1( ) 1 fE E kTf E e 费 米 能 级 ： Ef为 费 米 能 级 ， 并 不 是 一 个 可 被 电 子 占 据 的 实 在能 级 。 是 电 子 占 据 率 大 于 或 小 于 0.5的 能 级 分 界 线 。 随 着 温度 升 高 ， 电 子 占 据 高 能 级 的 几 率 增 大 。 2.PN结 的 能 带 PN结 空 间 电 荷 区 内 形 成 高 阻 区自 建 电 场 的 形 成 。 动 态 平 衡 后 ， 无 外 加 电 压 时 ， 宏 观 上 PN结 无 电流 流 过 当 给 PN结 加 上 正 向 电 压 时 ： 多 数 载 流 子 形 成 大 电 流 。当 给 PN结 加 上 反 向 电 压 时 ： 高 阻 区 加 强 ， 使 得 反 向 电 流 非 常 小 。 PN结 的 能 带 弯 曲 重 掺 杂 P型 、 N型 半导 体 的 能 带（ 费 米 能 级 进 入 价 带或 导 带 ）热 平 衡 时 PN结 的 能 带弯 曲 ： 自 建 电 场 作 用的 结 果 （ 一 个 平 衡 系 统 只 能 有 一个 费 米 能 级 ）加 上 正 向 电 压 后 ， PN 结 势 垒 降 低 ，（ 热 平 衡 被 破 坏 ， 不 再是 统 一 的 费 米 能 级 ） PN结 达 到 动 态 平 衡 时 ， 一 个 平 衡 系 统 只 能 有 一 个 费 米 能级 。 自 建 电 场 的 方 向 由 N区 指 向 P区 ， P区 、 N区 的 电 子 能 级差 为 ： pfnfDD EEqUUq )()(PN结 加 上 正 向 电 压 时 ， 热 平 衡 被 破 坏 ， PN结 区 势 垒 降 低 ，实 现 了 粒 子 数 反 转 分 布 。 电 子 、 空 穴 复 合 发 光 ， 引 发 受 激 辐 射 。 经 谐 振 腔 选 频 ， 可形 成 激 光 输 出 。PN结 就 是 光 辐 射 的 有 源 区 。 3.代 表 性 的 LD的 结 构 阈 值 电 流 Ith 注 入 电 流 I Ith ,才 能 形 成 激 光 。 器 件 结 构 要 着 力 于 降 低 Ith 。条 形 异 质 结 LD: 同 质 结 单 异 质 结 （ SH） 双 异 质 结 （ DH） 、 条 形 异 质 结 LD:增 益 导 引 条 形 DHLD:条 形 区 域 内 载 流 子 浓 度大 ， 与 高 阻 区 形 成 微 小的 折 射 率 差 ， 使 光 场 在横 向 上 也 受 到 一 定 限 制 。 掩 埋 条 形 DHLD： 为 了 更 好 地在 横 向 上 限 制 光 场 ， 在 宽 度方 向 再 生 长 禁 带 宽 、 折 射 率低 的 材 料 GaAlAs， 宽 度 上 也形 成 异 质 结 构 ， 有 效 地 限 制 光 波 和 载 流 子 。 阈 值 电 流 低 、输 出 光 功 率 高 、 可 靠 性 高 ，能 得 到 稳 定 的 基 横 模 （ 平 行性 好 ， 发 散 角 小 ） 。 量 子 阱 （ QW） LD 单 量 子 阱 （ SQW） 多 量 子 阱 （ MQW）超 晶 格 结 构 MQW的 能 带MQW结 构 的优 越 性 ： 1-10nm(双 异 质 结 0.1-0.2um)阈 值 电 流 很 低 ：0.55mA 谱 线 宽 度 窄 ， 改 善 频 率 啁 啾调 制 速 率 高 温 度 特 性 好 分 布 反 馈 激 光 器 结 构 特 点 ： 激 光 振荡 不 是 由 反 射 镜 面来 提 供 的 ， 而 是 由折 射 率 周 期 性 变 化的 波 纹 光 栅 结 构 来提 供 。 nmB / mn )sin1( mn 2分 布 反 馈 的 实 现基 于 布 喇 格 衍 射 原 理 F P腔 激 光 器 DFB 激 光 器 DBR 激 光 器 波 纹 光 栅 分 布 反 馈 的 优 点 ：每 一 个 栅 距 相 当 于 一 个 微 F-P腔 ,易 形 成 单 纵 模 振 荡 。 波 纹 光 栅 相 当于 许 多 微 F-P腔 多 级 调 谐 ， 使 波 长 选 择 性 大 大 提 高 ， 谱 线 宽 度 窄 。在 高 速 调 制 时 仍 然 保 持 单 纵 模 特 性 。 温 度 特 性 好 ： 由 温 度 变 化 引 起 但 波 长 漂 移 很 小 。 MQW-DFB LD性 能 优 越 ， 广 泛 应 用 于 高 速 光 纤 通 信 系 统 中 。 4.LD的 工 作 特 性I Ith 形 成 激 光 输 出 , 光 功 率急 剧 上 升 ， P-I曲 线 的 线 性 好 。 斜 率 效 率 ： 可 直 观 地 比 较 不 同 激光 器 之 间 的 效 率 差 别 。 I Ith 自 发 辐 射 阶 段 ， 光 功 率 较 小 。LD是 对 温 度 很 敏 感 的 器 件 ， 温 度 升 高 ， 性 能 劣 化 ： 阈 值 电 流 升高 ， 输 出 功 率 下 降 ， 输 出 波 长 向 长 波 方 向 漂 移 。 需 要 控 制 温 度 ， 以 稳 定 输 出 光 功 率 和 峰 值 波 长 。 P-I特 性 光 谱 特 性LD的 发 光 光 谱 主 要 由 激 光 器 的 纵 模 决 定 。 FP腔 激 光 器 由 于光 腔 较 长 ， 故 腔 内 可 有 多 个 纵 模 振 荡 。I I th I Ith 单 纵 模LD是 矩 形 光 波 导 ， 输 出 激 光 可 控 制 在 基 横 模 状 态 （ 有 源 区 很 薄 、掩 埋 条 形 结 构 ） ； 但 光 束 发 散 角 大 ， 且 各 向 异 性 ， 是 的 输 出 光 斑呈 椭 圆 形 。 厚 度 为 d， 条 形 宽 度 为 W 。 出 光 发 散 角 ： )arcsin(2 d )arcsin(2/ w 约 30 40约 6 8 调 制 特 性 半 导 体 激 光 器 的 重 要 特 点 是 具 有 直 接 调 制 的 能 力 ， 从 而 使 它 在光 光 通 信 中 得 到 了 广 泛 的 应 用 。 给 LD加 上 大 于 Ith的 阶 跃 电 流 脉 冲 时 ， 输 出 光 的 瞬 态 过 程 表 现 出电 光 延 迟 和 张 弛 振 荡 。 加 上 合 适 的 偏 置 电 流 可 以 有 效 地 减 少 电 光延 迟 时 间 ， 且 利 于 阻 尼 掉 张 弛 振 荡 。 )()( tfIItI bmb 调 制 电 流 模 拟 调 制 数 字 调 制LD芯 片 的调 制 频 率很 高 可 达10GHZ 量 级 。 5.LD的 应 用 LD体 积 小 ， 重 量 轻 ， 易 调 制 ， 功 耗 低 ； 效 率 高 ， 寿 命 长 ，有 大 功 率 、 高 集 成 度 器 件 。 已 成 为 最 重 要 的 激 光 器 之 一 。 光 通 信 光 盘 存 储 、 光 显 示 激 光 印 刷 、 信 息 处 理 、 办 公 自 动 化 设 备 激 光 加 工 、 激 光 医 疗各 种 半 导 体 激 光 器 需 求 量 极 大 ， 是 光 电 子 产 业 的 重 要 支 柱 。 6.LD的 发 展 日 新 月 异 l垂 直 腔 表 面 发 射 LD（ VCSEL）微 型 F-P激 光 器 ： 垂 直 短 腔 几微 米 、 上 下 反 射 镜 反 射 率99%。设 计 合 适 的 光 波 导 ， 可 得 到TEM00模 和 圆 形 光 束 ， 利 于 与光 纤 耦 合 ； 有 源 区 直 径 可 小到 2um， 非 常 适 合 大 面 积 二维 列 阵 集 成 ， 有 望 用 作 光 互连 和 光 计 算 机 。有 源 区 是 多 量 子 阱 结 构 ： 动态 单 纵 模 特 性 好 ， 体 积 小 ， 仅 是 F-P的 千 分 之 一 ， 阈 值 电流 可 小 于 1uA l 微 腔 LD微 腔 LD的 谐 振 器 长 为 波 长 数 量 级 ， 可 获 得 低 阈 值 高 效 率 稳 定 的 单 模输 出 ， 甚 至 可 以 实 现 无 阈 值 激 射 。有 效 的 自 发 辐 射 与 总 的 自 发 辐 射 之 比 变 大 ， 接 近 1甚 至 达 到 1。微 腔 还 会 缩 短 自 发 辐 射 光 子 的 寿 命 ， 可 获 得 超 高 响 应 速 度 ，100Gb/s。进 入 超 大 规 模 集 成 光 路 的 微 光 子 时 代 。l高 速 宽 带 LD第 一 代 用 掩 埋 异 质 结 构 （ BH);第 二 代 用 分 布 反 馈 结 构 （ DFB)或 DFB与 量 子 阱 结 合 的 结 构 ；第 三 代 用 应 变 量 子 阱 （ SL-QW） 结 构 。应 变 量 子 阱 LD是 在 晶 格 常 数 明 显 不 同 于 外 延 的 衬 底 上 生 长 的 量 子 阱 。这 种 晶 格 失 配 将 产 生 内 在 应 变 ， 内 在 应 变 决 定 了 材 料 的 能 带 结 构 ， 导致 一 系 列 参 数 的 改 善 ， 如 微 分 增 益 的 提 高 、 频 率 啾 啾 的 抑 制 以 及 调 制频 率 已 达 30GHZ以 上 。 GaAlAs/GaAs LD: 改 变 Al含 量 可 改 变 发 射 波 长 。 波 长 范 围 0.75-0.95um。 0.85umLD用 于 短 距 离 光 纤 通 信 ， 0.81um用 于 激 光 医 疗 。 InGaAsP/InP LD: 1.0-1.7um， 改 变 InGaAsP中 各 元 素 充 分 可 改 变发 光 波 长 。 InGaAs/InAsP LD: 1.06-1.7um GaAsSb/GaAlAsB LD:0.87-1.68um 可 用 于 1.3、 1.55um长 波 长 光 纤 通 信 系 统 。 开 发 短 波 长 LD用 于 光 存 储 光 显 示 ： 600nm红 光 LD， mw级 630nm红 光 LD， 72mw 400nm紫 光 LD， 几 十 mw,10000h； 450nm蓝 光 ， 几 十 mw 有 机 薄 膜 材 料 （ 聚 合 物 ） 作 LD的 有 源 区 ， 易 得 到 短 波 长 LD， 这是 目 前 的 研 究 热 点 。l 用 于 光 通 信 、 光 存 储 、 光 显 示 的 LD 由 于 l 可 调 谐 LD：可 在 较 宽 的 波 长 范 围 内 连 续 调 谐 ， 在 波 分 复 用 光 交 换 技 术 中 很 重 要 。有 电 调 谐 和 热 调 谐 方 式 。 l 大 功 率 LD用 作 固 体 激 光 器 、 光 纤 放 大 器 的 泵 浦 光 源 ； 光 存 储 、 光 印 刷光 源 ； 激 光 加 工 、 激 光 医 疗 光 源 980nm， 线 性 功 率 输 出 （ CW） 490mW。 InGaN/InN,蓝 光 LD,CW 220mW,最 大 输 出 功 率 达 385mW。产 生 大 功 率 LD的 途 径 ： 列 阵 半 导 体 激 光 器 提 高 单 个 LD的 输 出 功 率 ； 发 展 列 阵 LD:一 维 LD列 阵 ; 40W 二 维 LD列 阵 ; 200W 激 光 棒 （ 脉 冲 ） 功 率 可 达 几 千 乃 至 几 万 W。 l高 性 能 LD组 件适 于 10Gb/s以 上 速 率 的 EAM/LDEAM： 电 吸 收 调 制 器 。 EAM与 LD集 成 ， 实 现 光 调 制 ， -3dB带 宽为 14GHZ。波 长 可 选 择 的 光 电 集 成 回 路 （ OEIC） 组 件 含 有 EAM、 半 导 体 光 放 大 器 （ SOA） 、 合 波 器 (MMI） 、 8路 微列 阵 DFB激 光 器 ， 波 长 选 择 范 围 达 45nm。 1.53 1.61 m范 围 的 多 波 长 光 源采 用 电 子 束 曝 光 技 术 （ EB） 和 生 长 有 源 区 和 吸 收 层 的 窄 条 形 选 择的 金 属 有 机 物 气 相 外 延 技 术 （ NS-MOVPE),在 同 一 衬 底 上 同 时 制 成40个 波 长 不 同 的 DFB LD， 波 长 等 间 隔 、 光 强 大 小 一 致 、 每 个 集 成一 个 EAM， 适 用 于 DWDM全 光 网 络 。 600km、 2.5GB/s 1.5 光 纤 激 光 器光 纤 激 光 器 是 指 用 掺 稀 土 元 素 玻 璃 光纤 作 为 增 益 介 质 的 激 光 器 ， 光 纤 激 光器 可 在 光 纤 放 大 器 的 基 础 上 开 发 出 来 。 光 纤 激 光 器 是 在 EDFA（ 掺 饵 光 纤 放 大 器 )技 术 基础 上 发 展 起 来 的 技 术 。 早 在 1961年 美 国 光 学 公 司 的E.Snitzer等 就 在 光 纤 激 光 器 利 用 进 行 了 开 创 性 的 工作 ， 但 由 于 相 关 条 件 的 限 制 ， 其 实 验 进 展 相 对 缓 慢。 而 80年 代 低 损 耗 掺 Er光 纤 的 出 现 ， 为 光 纤 激 光 器 带 来 了 新 的 应 用 前 景 。 n光 纤 激 光 器 原 理 光 纤 激 光 器 主 要 由 泵 源 、 耦 合 器 、 掺 稀 土 元 素 光 纤 、 谐 振 腔 等 部 件 构 成 。 n 包 层 泵 浦 光 纤 激 光 技 术 泵 源 由 一 个 或 多 个 大 功 率 激 光 二 极 管 构 成 ， 其 发 出 的 泵浦 光 经 特 殊 的 泵 浦 结 构 耦 合 到 作 为 增 益 介 质 的 掺 稀 土 元 素光 纤 内 ， 泵 浦 波 长 上 的 光 子 被 掺 杂 光 纤 介 质 吸 收 ， 形 成 粒子 数 反 转 ， 受 激 发 射 的 光 波 经 谐 振 腔 镜 的 反 馈 和 震 荡 形 成激 光 输 出 。 多 模 并 行 包 层 泵 浦 技 术 ： 双 包 层 光 纤 的 出 现 是 光 纤 领 域的 一 大 突 破 ， 它 使 得 高 功 率 的 光 纤 激 光 器 和 高 功 率 的 光 纤放 大 器 的 制 作 成 为 现 实 。 自 1988年 E.Snitzer首 次 描 述 包 层 泵 浦 光 纤 激 光 器 以 来 ，包 层 泵 浦 技 术 已 被 广 泛 地 应 用 到 光 纤 激 光 器 和 光 纤 放 大 器 等 领 域 ， 成 为 制 作 高 功 率 光 纤 激 光 器 首 选 途 径 。 光 纤 光 栅 构 成 谐 振 腔 。 在 几 乎 各 种 光 纤 激 光 器 特 别 是 掺 杂 光 纤 激 光 器 中 ， 光 纤 光 栅都 发 挥 着 十 分 重 要 的 作 用 ， 利 用 光 纤 光 栅 构 成 其 谐 振 腔 的 激 光器 结 构 得 到 了 越 来 越 多 的 关 注 。 光 纤 光 栅 起 着 激 光 选 频 、 反 馈 或 兼 有 放 大 的 功 能 ， 解 决 了 光路 需 要 调 节 的 问 题 。 与 稀 土 光 纤 的 结 合 使 得 光 纤 激 光 器 真 正 实 现 了 全 光 纤 结 构 。精 密 的 频