光纤激光器关键技术及趋势分析

2012-12-14 10:11

来源： OFweek激光网

　　1．1光纤功率限制因素

　　由于很多因素限制，目前单模光纤激光器光功率限制在1 kW左右，这些限制光纤功率的因素主要有：

　　(1)光学非线性效应，包括受激布里渊散射，受激拉曼散射和自相位调制；

　　(2)放大自发辐射，它和激射波长竞争存贮能最，限制最大粒子数反转和最终出射能量：

　　( 3) 光纤的热破裂极限大约为100 Wcm-1。在不超过热破裂极限时，如果一在段10 m长光纤上能量消耗为15 Wm-1，一个1 kW光纤激光器会消耗<15％的泵浦吸收能量，或者说每千瓦消耗150 w的热量；

　　( 4) 在l 060 m处如果最大功率大于l Mw，10 μm芯径的掺镱光纤中脉冲激发的块损坏阈值大于60 GWcm-2，连续和表面损坏阈值相当低约为1 Wcm-2。脉冲长度小于100 ns 时，自聚焦阈值约为4Mw，必须考虑。

　　增加模场直径、加大基模增益、插入空间滤波器、增加高阶模损耗、减少光纤长度、采用光子晶体或多孔光纤等都可以增加光纤最大输出功率，使单根光纤功率达到2 kW。但获得高功率激光的最有效方法还是利用多束光纤组合输出。IPG公司将多束250～400 W瞥模光纤合束，获得输出为10 kW的高功率光纤激光系统。简单的光纤合束固然可以获得高功率输出，但是输出光束是多模的，在一些应用场合效果并不是很好。

　　1．2光纤寿命

　　虽然双包层光纤在1 kw量级时是易于处理的，但仍有很多问题影响双包层光纤的可靠性和寿命。例如，由于氟化聚合物包层的受损引起泵浦光衰减。氟化聚合物包层既作为泵浦波导又用为光纤的保护膜。其破坏机理如下：水和玻璃表面作用引起表面形成氢氧根群，在945nm处其吸收也随之增加。通过控制相对湿度保持光纤温度低于40℃时，在lO年内损耗可以小于5％。这个温度要求在泵浦功率达到约3 kW时，光纤要水制冷，而在多根光纤打捆时只需空气制冷即可。又如，掺锗和掺铥光纤置于高功率脉冲激光器中，由于多光子效应会引起明显变黑。而掺镱光纤置于大于60 GW·cm-2(1060nm处脉冲)的激光中时，在5天内光纤的吸收不会产生变化。