光纤激光器常用物理概念释义

石英光纤（Silica Fiber）: 基于石英基质材料制成的细长光学波导纤维，通常分为纤芯、包层和涂覆层，包层为纯石英基材，纤芯中根据光纤用途掺有金属离子，涂覆层通常为特定折射率的有机高分子材料。

数值孔径（Numerical Aperture: NA）: 光纤波导利用激光从高折射率一侧向低折射率一侧传输时通过界面的全反射效应实现激光传输的约束，界面能够约束的最大入射激光角度通过数值孔径来衡量，NA = sinα = n1*sinθc = sqrt(n1^2 - n2^2)，θ即为最大的入射角度，n1和n2为界面两侧对应的折射率。

单包层光纤（Single-Clad Fiber: SCF）: 纤芯折射率略高于石英包层（第一包层/内包层），石英包层折射率低于涂覆层，由于光会向高折射率层集中，因此激光只能在纤芯中传输，无法在包层中传输，毫瓦级低功率激光器通常采用单包层光纤。

双包层光纤（Double-Clad Fiber: DCF）: 纤芯折射率略高于石英包层，石英包层折射率高于涂覆层，此时低折射率的涂覆层构成第二包层（外包层），信号激光在纤芯中传输，泵浦激光则可以在包层中传输，高功率激光器通常采用双包层光纤。对典型的双包层光纤，纤芯与内包层之间的NA典型值为0.06~0.08，内包层与外包层之间的NA为0.46。

三包层光纤（Triple-Clad Fiber: TCF）: 纤芯仍为掺杂高折射率区，第一包层为纯石英基材，第二包层为掺氟玻璃包层，第三包层为低折射率涂覆层。一些高平均功率的激光器采用这种光纤，如30/500/550的光纤，纤芯为30μm，内包层为500μm，第二包层为掺氟玻璃（NA~0.22）直径550μm，第三包层为低折射率涂覆层。

单模光纤（Single-Mode Fiber: SMF）: 光纤波导支持的横模数量与纤芯的半径和数值孔径有关，用归一化传输常数V来衡量，定义如下

当V < 2.405时，光纤为纯单模光纤。典型地对NA = 0.075，波长为1064nm，对应的单模光纤最大纤芯半径为5.4μm，即直径为10.8μm。

多模光纤（Multimode Fiber: MMF）: 当纤芯的归一化常数V > 2.405时，光纤支持多个模式，单模光纤中支持的模式为最低阶模式，称为基模，其他模式称为高阶模。光纤模式越多，通常光束质量就越差。当高阶模数量较少的（个位数）时也称为少模光纤（Few Mode Fiber: FMF)，当V很大时，纤芯中支持的模式数量可以用V^2/2来估算。

大模场光纤（Large Mode Area Fiber: LMAF）: 大模场光纤通常少模光纤，通过扩大纤芯直径获得较大的基模模场面积，通常用于高功率激光器中，可以降低激光纤芯内的激光功率密度，从而降低激光传输过程累积的非线性效应。

泵浦尾纤（Pump Pigtail）: 用于传输多模泵浦光的光纤，其纤芯为纯石英基材，内包层为掺氟石英玻璃，涂覆层通常为高折射率涂层，对一些高功率应用，也会采用低折射率涂层。典型的规格包括105/125/0.22，其纤芯直径105μm，内包层直径为125μm，纤芯和内包层之间的NA为0.22。类似的规格还有106.5/125/0.22，220/242/0.22。

有源光纤/增益光纤（Active Fiber / Gain Fiber）: 纤芯掺有稀土离子（Yb/Er/Nd/Tm等），泵浦光被纤芯稀土离子吸收发生能级跃迁，然后经过受激发射过程实现激光放大。高功率光纤激光器常用掺镱光纤（Ytterbium-Doped Fiber: YDF），因为Yb离子的能级结构简单，增益带宽大，激光转化量子效率高。

无源光纤/传能光纤（Passive Fiber / Delivery Fiber）: 纤芯掺有锗等元素调制折射率，仅用于形成折射率波导，没有激光增益。

多模泵浦合束器（Multimode Pump Combiner：MPC）: 通过光纤熔融拉锥工艺将多个泵浦源合成一路输出的无源光纤器件。合成后的输出光纤的纤芯直径和数值孔径通常都大于输入光纤的规格，典型的有3*1泵浦合束器，7*1泵浦合束器，典型的合成效率在90%~98%。

泵浦信号合束器（Pump Signal Combiner：PSC）: 通过光纤熔融拉锥工艺将中心的信号纤与周圈的泵浦纤合成一体输出的无源光纤器件。除类似MPC的泵浦合成功能之外，还需要保证极低的信号插入损耗以及尽量低的光束质量劣化。根据制造工艺的不同，PSC可以分为端泵合束器和侧泵合束器，根据在激光器中使用方式的不同可以分为正向合束器和反向合束器。典型的合束器有(2+1)*1和(6+1)*1合束器等。

正向泵浦（Co-pumping): 在激光放大器中，泵浦光与信号光的传输方向一致，顺着激光传输方向，泵浦光越来越弱，信号光越来越强。正向泵浦方式对合束器的性能要求较低，一是对信号光插入损耗要求较低，二是对泵浦臂耐受反向包层光的要求较低。正向泵浦时，同等功率条件下，激光器的ASE噪声和非线性强度高于反向泵浦。

反向泵浦（Counter-pumping): 在激光放大器中，泵浦光与信号光的传输方向相反，顺着信号激光传输方向，泵浦光逐渐增强，信号光也逐渐增强。反向泵浦方式对合束器的性能要求较高，一是对信号光插入损耗要求较高（低于<0.3dB），二是对泵浦臂耐受反向包层光的要求较高（10%左右的泵浦光）。反向泵浦时，同等功率条件下，激光的ASE噪声和非线性强度要远低于正向泵浦。