高功率光纤激光器获突破中国“追赶者”角色未变

2013-05-07 10:18

　　3 浦激光耦合

　　二极管激光条／激光条叠层到双包层光纤的耦合是增加光纤激光器输出功率和降低激光器成本的关键之一。通常，通过改善激光二极管的光束质量或者通过光束转换可以提高耦合效率。光束质量是光束能够会聚的紧凑程度的度量。有多种参数描述这种会聚特性，最常用的是光束参数积BPP，它定义为光束束腰半径，即W0，和光束远场发散角半角Q0的积。在无像差的光学系统中，任何光束的这个量足个定值。

　　根据双包层光纤的内包层参数要求，二极管激光条／激光条叠层输出光应聚焦成直径为400～1 000μm、数值孔径NA约0．45的光束。这要求二极管激光器的BPP=100～259 mm mrad。SPI宣布将已制成的400W输出功率耦合到直径为400 μm的双包层光纤。如果泵浦发射功率达到2．5 kw，它可以耦合到直径为l mm的双包层光纤，相应光纤激光器的输出功率约为l kw。英国南安普敦大学光电子学研究中心于2004年6月也报道了一个掺镱大芯径( 43μm) 的8 m长的在l 090 nm处连续输出1．Ol kw的光纤激光器。

　　4 光纤激光器相干合束

　　对不相干光源而言，总功率强度是由单个光源功率强度乘以光源个数和填充因子F，也就是说，所有单个光源功率之和乘以填充因子。在同相位相下光源的情况下，总功率强度则是各振幅相加然后平方，和不相干光源的情况相比，聚焦的模场半径减小了因子M，而其他参数相同。要实现相干合束并不容易。因为单个光源的相位必须被动态地监控和调节。美国诺斯罗普·格鲁曼(NOC)公司为军队设计了一个相干合束光纤激光器系统的原型，如图6所示，这里价格相对于性能是排在其后的。这个系统基于由美国Nufem公司生产的掺镱大模场面积偏正保持光纤，每个臂的斜度效率为77％，输出功率达150 w。每个臂的相位通过铌酸锂波导相位调整器控制。原则上系统可以升级到足够高的功率从而取代化学激光器作军事应用——导弹防护，目标照明和袭击地面目标。然而这种结构不太可能用于商用系统，因为它复杂而且费用昂贵，但是它对光纤激光器和激光二极管相干阵列器件技术的发展是一个很好的驱动，是它们可以借鉴的技术储备源。

　　5 光纤激光器设计

　　工业激光器可分为基本两类：连续和脉冲。脉冲激光器在钻孔和切割时在减少热损坏一热影响区(HAZ)一( 当脉冲宽度与材料中热扩散时间相比很小时，大部分热量会消散) 上很有用。在敲击切割时它是材料的切除刀。而对于光纤激光器，光纤可作为一个由连续或脉冲也即准连续(QCW) 激光二极管泵浦的激光振荡器或放大器。在准连续( QCW) 时，可达毫秒量级的泵浦脉冲宽度，无须采用振荡器/放大器结构。