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光纤激光器关键技术及趋势分析

  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。

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