叶 兵, 马天明, 田 野

(合肥工业大学 电子科学与应用物理学院,安徽 合肥 230009)

Cr,Tm,Ho:YAG激光器耦合效率与束腰关系实验研究

叶 兵, 马天明, 田 野

(合肥工业大学 电子科学与应用物理学院,安徽 合肥 230009)

热透镜效应对大功率激光器的光纤耦合系统起着明显的作用。Cr,Tm,Ho:YAG激光器输出的光束为多模光束,文章通过计算不同光束质量和散角的光束的束腰直径和束腰位置,对系统透镜的焦距进行优化计算,实验证明,修改后的光纤耦合系统的耦合效率相对原耦合系统有明显提高,耦合后的光纤末端输出能量明显提高,在使用小孔径的光纤时,可以获得更高能量的输出。

激光器;Cr,Tm,Ho:YAG激光器;耦合效率;束腰直径;束腰位置

0 引 言

2.1 μm波段的激光属于近红外激光,在医学、光通信、遥感和雷达等方面被广泛地应用,尤其在激光医疗领域有着很大的优势。因为水分子对2.1 μm的波段波长具有很强的吸收,在外科手术中对人体组织的穿透深度浅,损伤范围小,使外科手术精度很高,所以在医疗上是一种广泛应用的外科手术光源。本文主要对Cr,Tm,Ho:YAG激光器的耦合效率和束腰半径以及束腰位置实验进行研究。

1 大功率激光光纤耦合系统理论分析

1.1 光纤耦合条件

将激光功率全部耦合进光纤,必须满足如下光纤耦合条件[1]:

(1)

其中,din、φin分别为入射光束的光斑直径和全角发散角;dcore为光纤芯径;NA为光纤的数值孔径。由于光纤的孔径角很小(一般在0.2～0.3 rad),可近似认为[2]:

φin<2arcsin(NA)

(2)

工业用激光器的光束质量常用光束参数积(beam parameter product,BPP)表征,其定义为: