光纤激光器关键技术及趋势分析

2012-12-14 10:11

　　2 高功率泵浦激光二极管

　　高功率泵浦激光二极管有3种类型：

　　( 1)单管芯激光二极管激光二极管芯片发光面尺寸约1μm×500μm，输出光功率可以达到5 W，一半采用TO封装，利用半导体冷器(TEC) 制冷。目前单管激光二极管售价为70～100美元／W。

　　( 2) 条状激光二极管阵列由50个左右的单管芯片(间隔约150μm宽) 组成激光条，每个激光条可以输出大于60 w的功率。激光条置于空气制冷或水制冷的热沉上。售价也是为70～100美元／W。

　　( 3)叠层状激光二极管阵列通过堆叠约20个激光条构成。可输出高达l200 w的连续激光。在这种结构中散热是主要问题，一般采用微通道制冷设计，使水在层叠的激光条之间的微小通道中流动，如图2所示。

　　在设计高功率光纤激光器时，泵浦激光二极管和光纤一样重要。最初的设计要求采用单横模激光二极管。但是现在双包层光纤的出现已经改变了这一要求。激光二极管的电光转换效率已经提高到接近50％，激光条叠层的功率量级也超过l kw。为制备具有竞争力的1 kw量级的光纤激光器，需要有可提供2.5～3 kw的功率的费用低廉的泵浦。除了激光条叠层器件很难有其他器件可提供这样量级的激光功率。而且，为与现存Nd：YAG和CO2激光器竞争，激光二极管价格必须降至每瓦50美元以下，并在不远的将来接近每瓦12美元。这样的价格在激光二极管规模生产时是可以实现的。有很多生产商如LIMO，美国的nLight ，德国DiLAS和Trumpf 等可以提供输出功率达1．2 kw的激光二极管，寿命为10 000 h。到2008年，激光二极管输出功率量级可达二三千瓦同时寿命可达20 000 h。

　　3 浦激光耦合

　　二极管激光条／激光条叠层到双包层光纤的耦合是增加光纤激光器输出功率和降低激光器成本的关键之一。通常，通过改善激光二极管的光束质量或者通过光束转换可以提高耦合效率。光束质量是光束能够会聚的紧凑程度的度量。有多种参数描述这种会聚特性，最常用的是光束参数积BPP，它定义为光束束腰半径，即W0，和光束远场发散角半角Q0的积。在无像差的光学系统中，任何光束的这个量足个定值。