光纤激光器关键技术及趋势分析

2012-12-14 10:11

　　7 光纤激光器的优越性

　　光纤激光器成为研究热点和应用宠儿当然是由于它具有多种优越性能。

　　( 1 )它具有高的光束质量，可以轻易接近衍射极限，M2 常常可以接近于1。

　　由于光束产生限制在细小的纤芯中，事实上这意味着它非常直，并且能被聚焦成极小的点，因而在打标、切割等应用中效率极高。

　　( 2 )它能达到非常高的功率和功率密度。

　　光纤激光器的功率还在不停地被提高。前面已经指出，现在已经制造了单纤功率超过1 kW 的光纤激光器，可以期待不用太久就会出现单纤功率达到10 kW 的光纤激光器。而光纤束集成的光纤激光器现在已经有50 kW 的产品在销售，可以预计，光输出功率再提高10 倍到500 kW 也是可能的。由于其在高功率的同时具有很好的光束质量，所以可以获得非常高的功率密度。

　　( 3 )它非常高效并且容易冷却。

　　光纤激光器一般可将70% ～80%的进入光纤的泵浦能量转换为输出激光。这可以更好地节能，同时这也意味着光纤激光器只有很少能量被转化为热。所以即使千瓦级的光纤激光器也只需简单可靠的风冷就足够了。同时，细长的光纤具有很高的表面积/体积比，产生的热量沿着光纤长度分布，这样散热很快，损耗小，因此带来一个额外的好处是泵浦阈值功率也相当低(如掺Yb3 + 光纤激光器的泵浦阈值功率可低至10-4W 量级) 。对于四能级系统，泵浦阈值的降低也许不太重要，而对于三能级系统，需要较高的泵浦光强度来达到阈值，如果采用体材料增益介质，则唯有较大泵浦功率才能激射；采用光纤结构就可利用很小的泵浦功率来获得激光输出。

　　( 4 )光纤激光器具有极佳的稳定性、可靠性。

　　通常传输光束需要借助于光纤的柔绕性质将它转移到目的地(如用于内脏系统的激光医疗) 。而激光耦合需要极为精确的调校。所以常规激光器对碰撞、震动等非常敏感，一旦光路失准，就会失效。而光纤激光器本身就是光纤结构，十分便于使用。同时这种波导结构与标准通信光纤和现有的光纤器件如耦合器、偏振控制器、调制器和滤波器等完全兼容，并且具有极小的插入损耗(可做到小于0. 01 dB ) ，故可以制作出完全由光纤器件组成的全光纤传输系统，不必经过光电转换可直接对光信号进行放大和处理，利于实现超长距离超高速度的信号传输。其高度稳定性带来的好处之一就是使用寿命极长(可达十万小时以上) ，基本上其使用寿命只受限于泵浦半导体激光器，维护方便，甚至实际上是不需要维护的。