光纤激光器关键技术及趋势分析

2012-12-14 10:11

　　5．1 连续(CW)/长脉冲（-1ms) 光纤激光器

　　如图3所示，连续光纤激光器的设计相对比较简单，它可由不同厂商提供的现存元件装配制作，输出功率至少可以达到lO～20 w。二极管泵浦组件可以由单发射器、激光条甚至是叠层器件，它被熔接到光纤激光器组件集合。光到光的转换效率达到80％，是激光二极管泵浦棒设计的转换效率的两倍多，而且可以升级至l kW。为达到脉冲工作，连续泵浦激光二极管由脉冲激光二极管取代，或者由和连续二极管激光器平均功率相同，但是可以产生峰值功率2～4倍于平均连续功率，脉宽小于1 ms的准连续(QCW) 激光二极管取代(SPI供应一种平均功率l00 w的器件，其峰值功率为400 W，占空因子为25％) 。

　　5．2 脉冲光纤激光器——种子激光振荡放大（MOPA)

　　为满足大多数军事和宇航应用，需要纳米量级(10～100ns )的短脉冲，必须用光纤作为放大器连到主谐振腔上。谐振腔被直接调制或基于声光器件进行Q-开关调制，以保证在脉冲重复频率20～50 kHz的1～500 ns的脉冲中有约1～l00 mJ的脉冲能量，这样可得高达100 W的平均功率。脉冲激光器设计比连续激光器复杂得多，费用也高得多。

　　6 应用

　　高功率光纤激光器可能的应用包括：激光焊接(小于l mm的窄区) 、热处理、激光烧结、覆层塑料热合( 焊接)、软焊涂料剥除、连续缝焊激光成型、环氧固化自由形态加工、点焊医学应用、激光二极管泵浦应用激光照明以及表面溶解混合成型等。最可能的应用是在大尺寸制造领域，目前还没有发挥很大的作用。其中一些领域被看作是有发展潜力的领域，包括：汽车、采暖通风与空调( HVAC) 、导管制造业、大型金属结构等。光纤激光器有多种军事应用。例如用于目标捕获的激光指示器( 单脉冲能量大于l00 mJ ) 、激光测距仪(单脉冲能量大于l00 mJ，脉宽小于lOns) 以及功率大于100 kW( 目标是1 Mw) 的激光武器。得到美国国防部高级研究计划署( DARPA) 资助的美国诺斯罗普·格鲁曼( NOC) 公司以及SPI 和IPG公司利用多光束相干合束技术研究高功率光纤激光器，为机载和舰载应用开发高于l00 kW的光纤激光武器。