一、光纖激光器的分類

光纖激光器就是采用光纖作為激光介質的激光器。按照激勵機制可分為以下四類。

①稀土摻雜光纖激光器，通過在光纖基質材料中摻雜不同的稀土離子獲得所需波段的激光輸出。

②利用光纖的非線性效應制作的光纖激光器，如受激拉曼散射(SRS) 等。

③單晶光纖激光器，其中有紅寶石單晶光纖激光器、Nd:YAG單晶光纖激光器等。

④染料光纖激光器，通過在塑料纖芯或包層中充人染料，實現激光輸出。

在這幾類光纖激光器中，以摻稀土離子的光纖激光器和放大器最為重要，且發展最快，已在光纖通信、光纖傳感、激光材料處理等領域獲得了應用，通常說的光纖激光器多指這類激光器。

二、光纖激光器的波導原理

單層光纖激光器的幾何結構如圖2.14所示。與固體激光器相比，光纖激光器在激光諧振腔中至少有一個自由光束路徑形成，光束形成和導人光纖激光器是在光波導中實現的。通常，這些光波導是基于摻稀土的光電介質材料，例如用硅、磷酸鹽玻璃和氟化物玻璃材料，顯示在減度約為10dB/km，比固態激光品體少幾個數量級。和晶體狀的固態材料相比， 稀土離子吸收波段和發射波段顯示光諧加寬，這是由于玻璃基塊的相互作用破小了頻率穩定性和泵浦光源所需的寬度。因此，光纖激光器要選擇波長合適的激光二極管泵浦源。

光纖含有一個折射率為n₁的摻稀土激活核，通常被一層 純硅玻璃包層包圍，包層折射率n₂<n₁，所以，基于在芯和包層交接表面內部的全反射，波導產生于芯層。對于泵浦輻射和產生的激光輻射，光纖激光器的芯層既是激活介質又是波導。整個光纖被聚合物外層護免受外部影響。光纖激光器的光束質量由給定的波導折射率的光學特征決定，如果光纖芯層滿足無量綱參數V的條件:

式中，a為芯層半徑: λ是激光輻射波長，NA是數值孔徑。只有基橫?？梢酝ㄟ^光纖傳播。對于光纖激光器來說，當用于多?；騿文９饫w條件時，芯徑通常為3~8μm。 當多模光纖用于大芯徑條件時，能產生高階橫模。數值孔徑NA決定了光纖軸心和輻射耦合進光纖所成角度的正弦值。模式數Z (根據公式Z = V²/2),近似于大數值的光纖參數V。為減少涂層中的光學擴散，涂層必須有更高的折射率(n₃>n₂)。

對于光學激發光纖激光器，泵浦輻射通過光纖表面耦合到激光器芯層。然而，如果是軸向泵浦，泵浦輻射必須耦合到只有幾個微米的波導中。因此，必須采用高透明泵浦輻射源激發多模光纖，目前輻射源的輸出功率限制到1W左右。為了按比例放大泵浦功率，需要大孔徑光纖與大功率半導體激光器陣列的光束參數相匹配。然而，增大的光纖激活芯層允許更高的橫模振蕩，會導致光束質量降低。目前采用雙包層設計，即采用隔離芯層來泵浦和發射激光，可獲得良好的效果。