高功率光纤激光器的特点
发布时间：
2022-10-23 09:02
来源：
网络
高功率光纤激光器的优点具体表现如下。
(1)光束质量好。光纤的波导结构决定了光纤激光器易于获得单横模输出，且受外界因素影响很小，能够实现高亮度的激光输出。
(2)高效率。光纤激光器通过选择发射波长和掺杂稀土元素吸收特性相匹配的半导体激光器为泵浦源，可以实现很高的光一光转化效率。对于掺镱的高功率光纤激光器，一般选择915纳米或975纳米的半导体激光器，由于Yb3+的能级结构简单，上转换、激发态吸收和浓度猝灭等现象较少出现，荧光寿命较长，能够有效储存能量以实现高功率运作。商业化光纤激光器的总体电光效率高达25%，有利于降低成本，节能环保。
(3)散热特性好。光纤激光器是采用细长的掺杂稀土元素光纤作为激光增益介质的，其表面积和体积比非常大。约为固体块状激光器的1000倍，在散热能力方面具有天然优势。中低功率情况下无需对光纤进行特殊冷却，高功率情况下采用水冷散热，也可以有效避免固体激光器中常见的由于热效应引起的光束质量下降及效率下降。
(4)结构紧凑，可靠性高。由于光纤激光器采用细小而柔软的光纤作为激光增益介质，有利于压缩体积、节约成本。泵浦源也是采用体积小、易于模块化的半导体激光器，商业化产品一般可带尾纤输出，结合光纤布拉格光栅等光纤化的器件，只要将这些器件相互熔接即可实现全光纤化，对环境扰动免疫能力高，具有很高的稳定性，可节省维护时间和费用。
高功率光纤激光器也有难以克服的缺点：一是易受非线性效应的制约。光纤激光由于其波导的几何结构，有效长度较长，各种非线性效应的阈值较低。一些有害的非线性效应如受激拉曼散射(SRS)、自相位调制(SPM)等会造成相位的起伏和频谱上能量的转移，甚至是激光系统的损伤，限制了高功率光纤激光器的发展。二是光子暗化效应。随着泵浦作用时间的增加，光子暗化效应会导致高掺杂浓度的掺稀土元素光纤的功率转换效率单调不可逆地下降，制约着高功率光纤激光器的长期稳定性和使用寿命，这一点在掺镱的高功率光纤激光器中尤为明显。
随着高亮度光纤耦合半导体激光器和双包层光纤技术的进步，高功率光纤激光器的输出功率、光光转换效率和光束质量得到了长足发展。在工业加工、定向能武器、长距离遥测、激光雷达等应用领域的巨大需求牵引下，以美国阿帕奇光电(IPG Photonics)公司、钮芬(Nufern)公司、恩耐(Nlight)公司和德国通快集团为主的研究单位对连续波、脉冲波高功率光纤激光器进行了积极研发，推出了丰富的产品线。国内清华大学、国防科技大学、中科院上海光学精密机械研究所和中国航天科工集团第四研究院等多家单位也报道了令人振奋的成果。
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