回顾与展望：电子及材料加工成激光市场增长双引擎

2013-05-28 08:54

　　发展分析

　　目前，高功率光纤激光器技术所取得的进展与高亮度光纤耦合激光二极管的进步紧密相关。基于标准商用光纤、组件和976nm激光二极管，实现输出波长为1μm的千瓦级光纤激光器。人眼安全光纤激光器技术的发展，基于掺铥光纤和790nm泵浦激光二极管技术，工作在2μm时，可实现千瓦级光纤激光器。

　　1)高功率激光二极管泵浦模块。激光二极管泵浦模块与光纤激光器问的常用接口是直径100~ 200pm的光纤尾纤，其典型的数值孑L径为0.12～ 0.22。这些二极管尾纤通常被接人光纤合束器，以进一步提高泵浦功率。

　　为了实现千瓦级的输出功率，光纤激光采用主振荡功率放大(MOPA)结构，这需要具有更高功率(大于200W)的泵浦模块。通过光学叠加和偏振耦合，可将多个单元(6～10个)耦合到单根直径为200μm、数值孔径为0．2的光纤中。例如，一个具有四个激光二极管阵列的976nm光纤耦合模块，能通过200μm的光纤实现超过200W 的功率输出。

　　2)1μm高功率光纤激光器。基于商用光纤、泵浦合束器以及泵浦激光二极管的千瓦级高功率MOPA系统，可以实现225W 的功率输出。六个泵浦模块的总功率为1．2kW，并被组合入一个锥形光纤束，然后泵浦一根掺镱(Yb)双包层光纤，该光纤直径为400μm，数值孔径为0．46。基于模块的高斜率效率泵浦，这种光纤激光器比较容易实现具有单模光束质量，超过lkW 的功率输出。

　　目前的千瓦级光纤放大器已在8GHz线宽下进行了测试，随着受激布里渊散射技术被应用到更高的功率水平，千瓦级光纤放大器很可能将实现单频线宽输出。例如，高亮度976nm二极管的电光转换效率约为45%，由此获得的放大器总的电光转换效率约为35%。

　　3)人眼安全光纤激光器。工作在人眼安全波段(波长约大于1．4μm)的高功率、高效率光纤激光器。目前，工作在2μm左右的掺铥(Tm)光纤激光器所取得的进展，已经使单个光纤激光器的输出功率接近1kw。

　　实现上述1kw 功率的关键在于：对泵浦掺铥光纤的790nm激光二极管进行优化，特别是要在较高的电光效率下实现所需的高功率和高亮度。例如，793nm的高亮度激光二极管的输出功率超过20W，耦合到直径为105μm的光纤中，电光效率高达超过40%。这种泵浦源加上Nufern公司有效的掺铥光纤技术(60%的斜率效率)，使人眼安全光纤激光器首次达到25%的(功率转换)效率。

　　这种泵浦技术与高效率掺铥光纤的最新进展相结合，已经使人眼安全光纤激光器技术达到25%的(功率转换)效率。