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高功率光纤激光市场前景可能远超你的想象

导读: 高功率光纤激光技术是近年来光电子技术领域,特别是激光技术领域炙手可热的研究方向之一,已在工业制造、医疗、能源勘探、军事国防等领域获得了广泛应用。

高功率光纤激光技术是近年来光电子技术领域,特别是激光技术领域炙手可热的研究方向之一,已在工业制造、医疗、能源勘探、军事国防等领域获得了广泛应用。从整个高功率激光行业的发展趋势来看,光纤激光融合了光纤的波导特性和半导体的抽运特性,具有光束质量好、效率高、散热性好、结构紧凑、柔软性操作等突出优点,代表了高功率、高亮度激光的发展方向。

图  光纤激光器的原理及覆盖波长

0到百瓦发展了近四十年

目前,采用不同离子掺杂的光纤作为增益介质,可以实现从1~5 μm的全波段覆盖;采用拉曼和非线性频率转换技术,可以实现紫外光、可见光和红外线的高功率、高亮度的激光输出。实际上早在1961年,美国科学家E.Snitzer就提出在激光腔内使用稀土掺杂光纤可以得到稳定的单模激光输出,但是受限于光纤制作和抽运光源,未能得到快速发展。

20世纪70到80年代是半导体激光器和光纤拉制工艺快速发展的二十年,得益于气相沉积的现代化工艺和能在室温下工作的半导体抽运源,单模光纤激光器的研究工作逐步展开。但此时光纤的信号光和抽运光皆在纤芯中传输,将低亮度的半导体激光高效耦合到直径几微米的纤芯里较为困难,所以,光纤激光器在很长时间内只能产生毫瓦级的激光输出。

1988年,双包层光纤出现,使光纤激光器的输出功率得到明显提升。典型的双包层光纤结构包括纤芯、内包层和外包层三部分,外包层折射率低于内包层,因此抽运光可以在内包层中传输。内包层的直径和数值孔径可远大于纤芯,便于高效耦合抽运光。抽运光在内包层里经多次全反射后,进入掺稀土离子的纤芯被吸收,实现激光的产生或放大。包层抽运技术的出现使光纤激光器输出功率实现了由毫瓦级到瓦量级的提升。

图  双包层光纤示意图

20世纪90年代,随着9xx nm高功率半导体激光器和双包层光纤制造工艺的发展,光纤激光器的输出功率得到了迅速提升。90年代末,大模场光纤的研制促进了激光功率进一步提升。使用大模场面积光纤的同时采取一定的模式控制,使激光在大芯径的多模光纤中单模运转,可以大大提高非线性效应的阈值。该技术在1999年顺利实现了100 W单模连续激光输出。

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