光纤激光器关键技术及趋势分析

2012-12-14 10:11

　　8 光纤激光器的发展趋势

　　类似于块状介质固体激光器，光纤激光器的研究正朝超快、单频、超高平均和/或峰值功率、超连续等极限方向发展，另外还需要扩展新的激光波段，拓宽激光器的可调谐范围，而光纤激光器系统则还需要继续小型化、智能化。目前尤以高功率双包层光纤激光器的研究为焦点。

　　光纤激光器的发展呈现出以下四大趋势：

　　( 1 ) 单根光纤激光的连续波输出功率从百瓦量级、千瓦量级向万瓦量级发展，在保持光束质量不变差的前提下大大提升单根光纤激光的输出功率，将是高功率光纤激光发展的主要研究内容之一。2004 年南安普顿大学报道了1. 36 kW 连续波光纤激光器，斜率效率为83% ，光束质量因子M2 为1. 4，并预言通过对掺杂光纤更先进的设计和采用更高功率的泵浦源，单根光纤的输出功率有可能提高到近万瓦。

　　( 2 ) 从高功率连续光纤激光向高平均功率、高峰值功率的脉冲光纤激光器发展。在许多应用中，由于连续工作的光纤激光能提供的靶面功率密度较低而不能满足要求，脉冲工作的光纤激光则能提供更高的功率密度，从而能满足需求。双包层光纤激光器实现脉冲激光输出，大体上有三种方式：

　　①调Q 光纤激光器，一般是通过在腔内放置声光调Q 元件或熔结一段常规光纤，利用普通光纤中的受激布里渊散射( SBS) 来实现脉冲激光输出；

　　②锁模光纤激光器，利用光纤中非线性偏振旋转采用环形腔结构实现脉冲锁模的光纤激光输出；

　　③采用基于种子激光振荡放大(MOPA ) 的脉冲光纤激光器。在此方式中，将高光束质量、小功率的激光器作为种子光源，双包层光纤作为放大器，容易获得高平均功率、高脉冲能量的脉冲激光输出，是目前的研究热点。根据所用种子光源的不同，可实现窄线宽、皮秒和飞秒的脉冲激光的高功率放大系统，能应用于各种不同的场合。

　　光纤激光器的很大一部分应用可以使用超快激光，但现有的超快激光器的制造技术成本太高，系统的尺寸也过于庞大，这些严重制约了它们的应用价值。因此发展高功率密度的超快脉冲激光器要特别注意降低它们的成本和减小尺寸。

　　( 3 ) 从常规的光纤激光组束技术向相干组束技术发展。将多个高功率光纤激光器的输出按常规方式组束，虽然可以提升总的输出功率，但光束质量变差，亮度提高有限。相干组束技术则由于光束间的互相耦合，可以在保持光纤激光器光束质量的同时，提升总功率。这将是高功率光纤激光器发展的一个很有前途的方向。