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VCSEL,的典型结构示意图,9.1.2,光纤激光器,光纤激光器的基本原理及其特点,(1),基本原理,光纤激光器和其他激光器一样，由能产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和激励光子跃迁的泵浦源三部分组成。,9.1.2,光纤激光器,(1),基本原理,图,9-5,光纤激光器原理示意图,以,纵向泵浦的光纤激光器,（,如图,9-5,）为例说明光纤激光器的基本原理,(2),特点,耦合效率高基于激光介质本身就是导波介质；光纤纤芯很细，纤内易形成高功率密度，可方便地与光纤传输系统高效连接。由于光纤具有很高的,“,表面积,/,体积,”,比，散热效果好，因此光纤激光器具有很高的转换效率，很低的激光阈值，能在不加强制冷却的情况下连续工作。又由于光纤具有极好的柔绕性，激光器可以设计得相当小巧灵活，利于光纤通信系统的应用，同时可借助光纤方向耦合器构成各种柔性谐振腔，使激光器的结构更加紧凑、稳定。光纤还具有相当多的可调谐参数和选择性，能获得相当宽的调谐范围和相当好的色散性和稳定性。,9.1.2,光纤激光器,2.,光纤激光器的分类及应用,(1),稀土类掺杂光纤激光器,光纤激光器种类很多，,如,按光纤结构可分为：单包层光纤激光器和双包层光纤激光器；按掺杂元素可分为：掺铒、钕、镨、铥、镱、钬等,15,种；,图,9-6,受激拉曼散射光纤激光器示意图,稀土元素包括,15,种元素，在元素周期表中位于第五行。目前在比较成熟的有源光纤中掺入的稀土离子有：铒（,Er,3+,）、钕,(Nd,3+,),、镨,(Pr,3+,),、铥,(Tm,3+,),、镱,(Yd,3+,),。,(2),光纤受激拉曼散射激光器,这类激光器与掺杂光纤激光器相比具有更高的饱和功率，且没有泵浦源限制，在光纤传感、波分复用（,WDM,）及相干光通信系统中有着重要应用。一种简单的全光纤受激拉曼散射激光器见图,9-6,所示，这是一种单向环形行波腔，耦合器的光强耦合系数为,K,。一般典型的受激拉曼分子主要有,GeO,2,、,SiO,2,、,P,2,O,5,。,9.1.2,光纤激光器,2.,光纤激光器的分类及应用,(3),光纤光栅激光器,图,9-7,DBR,光纤光栅激光器基本结构示意图,DBR,光纤激光器基本结构如图,9-7,所示,，,利用一段稀土掺杂光纤和一对相同谐振波长的光纤光栅构成谐振腔，它能实现单纵模工作。,DFB,光纤光栅激光器基本结构如图,9-8,所示,，,在稀土掺杂光纤上直接写入的光栅构成谐振腔，其有源区和反馈区同为一体。,图,9-8 DFB,光纤光栅激光器基本结构示意图,9.1.3,光放大器,2.,图,9-9,为光放大器在干线光纤系统中的应用示意图。图中（,a,）为无中继系统，图（,b,）中采用光放大器作功率放大器和接收机前置放大器图（,c,）为线内多中继系统,。,图（,d,）中用光放大器作为在线中继放大器或,1R,（仅有整形功能）中继器,（,1,）,光功率提升放大。将光放大器置于光发射机前端，以提高入纤的光功率。,（,2,）,在线中继放大。在光纤通信系统中取代现有的中继器。,（,3,）,前置放大。在接收端的光电检测器之前先将微弱的光信号进行预放，以提高接收的灵敏度。,图,9-9,光放大器在干线光纤通信系统中的应用示意图,9.1.3,光放大器,9.1.3,光放大器,3.,光纤通信中主要的光放大器有以下几类：,1,、半导体激光放大器（,SLA,）；,2,、掺稀土光纤放大器，如掺铒光纤放大器,(EDFA),等；,3,、非线性光纤放大器，如光纤喇曼放大器等,图,9-10 TW,SLA,的基本结构示意图,（,1,）,半导体光放大器,图,9-10,为行波型光放大器的基本结构示意图，,行波光放大器的带宽比法布里珀罗型放大器大三个数量级，其,3dB,带宽可达,10THz,，因此可放大多种频率的光信号，所以是很有前途的一种光放大器。,行波半导体光放大器其性能,:,增益带宽、小信号增益、光信号增益对其偏振的灵敏度、饱和输出功率、放大器的噪声性能,9.1.3,光放大器,图,9-11,掺杂光纤放大器的结构示意图,（,2,）掺铒光纤放大器,掺杂（如,E,r,3,）光纤放大器的结构如图,9-11,所示。它由三部分组成：一是长度为几米到几十米的掺杂光纤；二是激光泵浦源；三是耦合器,一个,EDFA,的完整结构应包括如下几部分：铒石英光纤作为有源介质；高功率泵浦光源；,光纤耦合器，用于信号光与泵浦光的合路；偏振不灵敏光隔离器，用于消除反射抑制振荡；,窄带光滤波器，用以降低自发辐射噪声。,9.1.3,光放大器,图,9-12 EDFA,的结构示意图,（,2,）掺铒光纤放大器,铒光纤及泵浦源是,EDFA,的关键和研究重点。根据泵浦光和信号光传播方向的相对关系，,EDFA,的结构又可分为同向泵浦、反向泵浦和双向泵浦。它们的具体结构图分别如图,9-12,（,a,）（,b,）（,c,）所示。,9.1.3,光放大器,图,9-13,光纤拉曼放大器示意图,（,2,）非线性光纤放大器,普通石英光纤在合适波长的强泵浦光作用下会产生强烈的非线性效应，如受激喇曼散射（,SRS,）和受激布里渊散射（,SBS,），当信号光沿着光纤与泵浦光一起传输时就能把信号光放大（图,9-13,），从而构成光纤喇曼放大器（,FRA,）和布里渊放大器（,FBA,），它们都是分布式光纤放大器。,9.2.1,全息术的历史回顾,全息术不断发展，至今已经历三个阶段。从盖伯最早提出全息术的思想之后的十多年，这个时期是全息术的萌芽阶段。这一阶段的全息术主要是理论研究和少量的实验。全息术发展的第二阶段是在,1960,年激光出现以后。,20,世纪,80,年代以后延续至今是全息发展的第三阶段。,（,1,）全息术不仅记录物体的散射光强，还记录了散射光的相位，能再现原物的立体图像。,以下结合图,9-14,简要地说明全息照相的拍摄和再现原理,。,全息图的拍摄光路如图,9-14(a),所示,；,图,9-14(b),所示的光路,为,再现,光路,图,9-14,全息照相的拍摄和再现原理示意图,9.2.2,激光全息术的基本原理和分类,9.2.2,激光全息术的基本原理和分类,（,2,）,全息图的分类有以下六种情况,按照记录介质的膜厚分类，有平面全息图和体积全息图两类；,按照投射率函数的特点分类，有振幅型和位相型两类，而位相型又可分为表面浮雕型和折射率型两类；,按照记录的物光波特点，可分为菲涅耳全息图、夫琅和费全息图和傅里叶变换全息图三类；,按照再现时对照明光的要求，可分为激光再现和白光再现两类。我们在后文将重点介绍这两类；,按照再现时观察者和光源的相对位置，可分为透射型和反射型两类；,按照显示的再现像特征，有像面全息、彩虹全息、,360,
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