光纖激光器綜述

摘要：光纖激光器技術(shù)是光學(xué)領(lǐng)域最為重要的技術(shù)之一，作為第三代激光技術(shù)的代表，其穩(wěn)定性好、效率高、閾值低、線寬窄、可調(diào)諧、緊湊小巧和性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，使得它在光纖傳感、光纖通信、工業(yè)加工等領(lǐng)域都有著重要的應(yīng)用。而摻鐿雙包層光纖激光器是國(guó)際上近年來(lái)發(fā)展的一種新型固體激光器。本文就介紹了這種高功率摻鐿雙包層光纖激光器，主要介紹了高功率摻鐿雙包層光纖激光器的概念、發(fā)展歷史及發(fā)展現(xiàn)狀、基本原理、優(yōu)點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用及其廣闊的前景。同時(shí)總結(jié)出了未來(lái)光纖激光器的發(fā)展方向，并且可以預(yù)計(jì)光纖激光器最終將可能會(huì)替代掉全球大部分高功率CO2YAG器。關(guān)鍵詞：光纖激光器；摻鐿雙包層光纖激光器；光纖融合技術(shù)；激光加工。引言光器得到了社會(huì)各方面的廣泛重視，但是光纖激光器并不是新型光器件。1961SnitzerKoester300umNd3+玻璃波導(dǎo)19631964光放大結(jié)果，提出了光纖激光器和光纖放大器的思想。1975～198580PolaroidPASKYb3+0.5W1998LucentKOSINKIINNISS20W1999，DOMINIC445W180W1120nm110W，IPG2000WYb3+雙包層光纖激光器。目前，該公司17kWYb3+雙包層光纖激光器，雖然因?yàn)椴捎玫氖嵌嘟M質(zhì)量，是當(dāng)前研究要解決的難題之一。Yb3+80代末，相繼有一些科研單位進(jìn)入光纖激光器研究領(lǐng)域并獲得了一定的進(jìn)展。2005年，烽火通信科技股份有限公司與上海光機(jī)所合作，成功研制出輸出功率高達(dá)440W[2]，714W10.8w1070nm激光有相當(dāng)大的差距。摻鐿雙包層光纖激光器原理1-光轉(zhuǎn)換效率。最初研制出的是圓形內(nèi)包層雙包層光纖，如圖2a所示，它的優(yōu)點(diǎn)是制造工藝簡(jiǎn)單。但是也有嚴(yán)重的缺陷：圓形對(duì)稱使內(nèi)包層中有大量抽運(yùn)光以螺旋光Yb3+離子吸收降低層形狀的雙包層光纖，譬如偏芯型、方形、矩形、六邊形、梅花形、D摻鐿光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示,包括抽運(yùn)源、耦合系統(tǒng)、增益介5915nm980nm300W，多臺(tái)組合后的輸出功率可達(dá)千瓦。Yb3+Spark4a2F5/22F7/2Yb3+2F5/2，2F7/29701064nmYb2F5/2，2F5/2990nm（躍遷A），1000nm1200nmB)，其行為更象是一種準(zhǔn)四Yb3+4bYb3+1.0-1.2um佳吸收位915nm975nm摻鐿雙包層光纖激光器的優(yōu)點(diǎn)光纖激光器是一種高效的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，由泵浦光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為所摻稀土離子的體激光器作為泵浦源，以獲得不同波長(zhǎng)的輸出激光[5]。從其原理可知，它與其它主要特點(diǎn)如下：(1)915nm、940nm975nm360%以上，20%；(2)輸出激光光束質(zhì)量好。因輸出激光光束由光纖纖芯的(3110W激光器類型/um電光效率功率/KW激光器類型/um電光效率功率/KW光束參數(shù)/mard石英光纖傳輸維修周期CO2激光器ND:YAG光器半導(dǎo)體泵浦ND:YAG激光器Yb3+雙包層光纖激光器10.61.061.061-1.25-101-35-1012-201-200.5-50.5-100-10>10050-8025-501-20否能能能1-2<13-540-50摻鐿雙包層光纖激光器的關(guān)鍵技術(shù)高功率光纖激光器的發(fā)展越來(lái)越成熟，實(shí)現(xiàn)高功率光纖激光器的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾點(diǎn):包層泵浦技術(shù)：常規(guī)的光纖激光器采用普通的單模光纖做增益介質(zhì)，耦合的耦合效率，包層泵浦技術(shù)是通過(guò)雙包層光纖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。計(jì)算結(jié)果表明，同心圓形結(jié)構(gòu)的吸收效率最低，而非圓形的內(nèi)包層結(jié)構(gòu)對(duì)泵浦光的吸收效率很高，理想情況可達(dá)到100%。光纖融合技術(shù)：高功率光纖激光器的另一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)就是將泵浦源輸出的的泵浦源（一般為半導(dǎo)體激光器列陣），幾乎無(wú)損地耦合進(jìn)增益光纖的內(nèi)包層，有效提高泵浦效率。諧振腔的制備技術(shù)：制備合適的光學(xué)諧振腔是高功率光纖激光器實(shí)用化的鏡構(gòu)成諧振腔，但這種方法給泵浦光的耦合以及光纖激光器的封裝都帶來(lái)很大困損耗，從而降低光纖激光器的閾值，提高輸出激光的斜率效率[7]。摻鐿雙包層光纖激光器的應(yīng)用摻鐿光纖激光器以絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)使它在通信行業(yè)、工業(yè)加工、印刷、軍事和醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。主要有以下方面：摻鐿雙包層光纖激光器在光纖通信中的應(yīng)用：由于摻鉺光纖放大器依賴信窗口的任意波長(zhǎng)處，并對(duì)光信號(hào)進(jìn)行在線放大，是長(zhǎng)（超長(zhǎng)）放大的理想選擇。摻鐿雙包層光纖激光器在激光加工中的應(yīng)用：與傳統(tǒng)高功率激光器相比，摻鐿雙包層光纖激光器的高轉(zhuǎn)換效率、光束參數(shù)好、維護(hù)周期長(zhǎng)、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)加工中非常有優(yōu)勢(shì)。摻鐿雙包層光纖激光器非常適合作為激光加工設(shè)備的激光光源，目前主要應(yīng)用于激光打標(biāo)、激光微加工（毫米量級(jí)、數(shù)十微米量級(jí)的精度切割、打孔和焊接）、大功率工業(yè)加工（切割、焊接、打孔等）等。結(jié)論摻鐿雙包層光纖激光器在光通信、工業(yè)加工、醫(yī)療等行業(yè)的應(yīng)用才剛剛起的主要光源[8]。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這種新型的高效率、長(zhǎng)壽命、小體積、大功率光纖激光器必將得到更廣泛的應(yīng)用，具有非常廣闊的潛在市場(chǎng)