光纤激光的技术应用及发展趋势

2013-01-14 09:54

　　1.5、单条宽发光区长寿命多模泵浦激光器

　　全光纤激光器的光路具有长期的稳定性，因此，需要与之匹配的长寿命泵浦激光器才能获得整机的长寿命。发展低价格的长寿命多模泵浦激光器是发展长寿命光纤激光器的重点。研究表明，半导体激光器的失效率与有源区光功率密度的m次方成正比，m的取值范围在2~3之间；与有源区电流密度的n次方成正比，n的取值范围在3~6之间；与有源区的温度呈指数依赖关系，其数学表达式如下：

　　其中F为失效率，I为有源区的光功率密度，J为有源区的电流密度，EA为激活能，取值在0.4~0.7之间，KB为波尔兹曼常数，T为有源区温度。

　　可见，降低有源区光功率密度、电流密度和有源区工作温度对降低失效率有显著意义。单条宽发光区多模泵浦激光器就是根据这一原理而设计的一种长寿命半导体泵浦激光器，其条宽一般取100mm，基本上已接近105/125多模光纤的纤芯直径，其有源区条宽是列阵半导体激光器的几十倍，对单一发光条来说，同样输出功率和同样注入电流情况下，其光功率密度和电流密度将降低几十倍，有源区温度也会有所降低，在忽略其他因素的前提下，单条宽发光区半导体泵浦激光器降低失效率的作用是异常显著的。目前尾纤输出功率大于5W的单条宽发光区半导体泵浦激光器的平均无故障工作时间已经达到50万小时以上。

　　1.6、寿命长

　　从前面的讨论我们已经知道，采用单条宽发光区半导体泵浦激光器作为光纤激光器的泵浦源，全光纤激光器将具备长寿命的特点，因此，制作具有几十万小时的长寿命光纤激光器在技术上已经可行。

　　1.7、体积小重量轻

　　全光纤激光器由于光路可盘绕，光路占用空间较小，在采用单条宽发光区半导体泵浦激光器做泵浦源的情况下，泵浦激光器可分散安装，具有很好的散热特性，在安装密度不高的情况下，采用风冷即可，在安装密度较高的情况下，只需少量通水即可满足散热要求，因此，全光纤激光器的体积比同样输出功率的气体和固体激光器系统更小，重量更轻。

　　1.8输出功率大

　　光纤激光器输出功率在突破100W以后，输出功率水平飞速增长，只用了三年多时间，达到的输出功率水平已经超过了YAG固体激光器和CO2气体激光器用三十多年达到的输出功率水平，目前光纤激光器的实验室水平已经超过10万瓦，3万瓦的光纤已经商品化，已经销售的光纤激光器，输出功率为17000W。可以预见，光纤激光器将成为长时间连续输出功率最大的激光器。

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