高功率光纖激光技術(shù)前景大好 千瓦級(jí)的突破促生繁榮市場(chǎng)

　　高功率光纖激光市場(chǎng)前景一片大好，大力發(fā)展高功率光纖激光技術(shù)將會(huì)是未來(lái)炙手可熱的研究方向之一。具有光束質(zhì)量好、效率高、散熱性好等優(yōu)點(diǎn)。千瓦級(jí)的突破將促生繁榮市場(chǎng)的出現(xiàn)，前景可能遠(yuǎn)超你的想象。

　　高功率光纖激光技術(shù)是近年來(lái)光電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是激光技術(shù)領(lǐng)域炙手可熱的研究方向之一，已在工業(yè)制造、醫(yī)療、能源勘探、軍事國(guó)防等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。從整個(gè)高功率激光行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，光纖激光融合了光纖的波導(dǎo)特性和半導(dǎo)體的抽運(yùn)特性，具有光束質(zhì)量好、效率高、散熱性好、結(jié)構(gòu)緊湊、柔軟性操作等突出優(yōu)點(diǎn)，代表了高功率、高亮度激光的發(fā)展方向。

　　圖 光纖激光器的原理及覆蓋波長(zhǎng)

　　0到百瓦發(fā)展了近四十年

　　目前，采用不同離子摻雜的光纖作為增益介質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)從1～5 μm的全波段覆蓋;采用拉曼和非線性頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)紫外光、可見(jiàn)光和紅外線的高功率、高亮度的激光輸出。實(shí)際上早在1961年，美國(guó)科學(xué)家E.Snitzer就提出在激光腔內(nèi)使用稀土摻雜光纖可以得到穩(wěn)定的單模激光輸出，但是受限于光纖制作和抽運(yùn)光源，未能得到快速發(fā)展。

　　20世紀(jì)70到80年代是半導(dǎo)體激光器和光纖拉制工藝快速發(fā)展的二十年，得益于氣相沉積的現(xiàn)代化工藝和能在室溫下工作的半導(dǎo)體抽運(yùn)源，單模光纖激光器的研究工作逐步展開(kāi)。但此時(shí)光纖的信號(hào)光和抽運(yùn)光皆在纖芯中傳輸，將低亮度的半導(dǎo)體激光高效耦合到直徑幾微米的纖芯里較為困難，所以，光纖激光器在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)只能產(chǎn)生毫瓦級(jí)的激光輸出。

　　1988年，雙包層光纖出現(xiàn)，使光纖激光器的輸出功率得到明顯提升。典型的雙包層光纖結(jié)構(gòu)包括纖芯、內(nèi)包層和外包層三部分，外包層折射率低于內(nèi)包層，因此抽運(yùn)光可以在內(nèi)包層中傳輸。內(nèi)包層的直徑和數(shù)值孔徑可遠(yuǎn)大于纖芯，便于高效耦合抽運(yùn)光。抽運(yùn)光在內(nèi)包層里經(jīng)多次全反射后，進(jìn)入摻稀土離子的纖芯被吸收，實(shí)現(xiàn)激光的產(chǎn)生或放大。包層抽運(yùn)技術(shù)的出現(xiàn)使光纖激光器輸出功率實(shí)現(xiàn)了由毫瓦級(jí)到瓦量級(jí)的提升。

　　圖 雙包層光纖示意圖

　　20世紀(jì)90年代，隨著9xx nm高功率半導(dǎo)體激光器和雙包層光纖制造工藝的發(fā)展，光纖激光器的輸出功率得到了迅速提升。90年代末，大模場(chǎng)光纖的研制促進(jìn)了激光功率進(jìn)一步提升。使用大模場(chǎng)面積光纖的同時(shí)采取一定的模式控制，使激光在大芯徑的多模光纖中單模運(yùn)轉(zhuǎn)，可以大大提高非線性效應(yīng)的閾值。該技術(shù)在1999年順利實(shí)現(xiàn)了100 W單模連續(xù)激光輸出。