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2013年5月光纤激光器的最新动态汇总

  ——光纤激光器在经历了工业应用的检验后,逐渐成为各大厂家开发的重点。在5月德国举行的慕尼黑光博会上,各大激光公司都展出了其最新的光纤激光器产品,在可预见的未来几年,光纤激光器仍将保持着快速发展的势头。

  1、光纤激光器的最新进展及未来发展

  光纤作为工作介质拥有很长的作用长度,有利于二极管泵浦,也使得光子转换效率很高,为紧凑、坚固的设计提供了条件。当光纤器件都熔接到一起,就不会有分立的器件需要调节。

  有一些特殊结构的光纤激光器。光纤激光器可以实现单通道放大,其可以同时放大不同波长光广泛应用于通信领域。光纤放大也用于MOPA结构,目的是产生更高功率的激光输出。另一个例子是光纤放大自发辐射光源。还有一个例子是拉曼光纤激光器,一些新的研究正使用氟化物玻璃光纤代替传统的石英光纤。

  然而,通常使用石英玻璃来制作光纤。主要的掺杂元素有镱(Yb)和铒(Er)。Yb中心波长在1030~1080nm间,能获得宽波段的激光输出。Yb没有像Nd一样在很高的密度下产生自猝灭效应,即使它们能产生相似波段的激光,Nd被用于传统激光器Yb却被用于光纤激光器。

  掺铒光纤激光器工作波长为1530~1620nm,属于人眼安全波段。可以倍频产生780nm的激光,这是不能以其他方式获得的波段。而且Yb可以与Er一同掺杂,这样Yb吸收泵浦光并传输能量到Er。铥是另外一种掺杂元素能够产生近红外波段(1750~2100nm)的激光,也是一种人眼安全材料。

  高效率

  光纤激光是准三能级系统。光子受激跃迁从基态到较高能级,然后光子再跃迁到亚稳态能级,产生激光。这个过程十分高效:如使用940nm泵源泵浦掺Yb光纤,产生1030nm激光的量子数亏损(损耗能量)仅有9%,如表1所示,而用808nm泵源泵浦Nd离子,量子数亏损约为24%。Er能在1480或980nm波段被泵浦,后者不是那么高效,但更为实用。

  总的来说激光效率由两个因素决定。第一是泵源的效率。半导体激光器的电-光转换效率在50%左右,在实验室可达到70%或更高。当泵浦光和激光的吸收峰匹配良好,那么得到的就是泵浦效率。第二是光-光转换效率。在小光子缺陷、高激发、高提取效率的情况下,可获得光-光转换效率60%~70%,此时电-光效率25%~35%。

  连续光纤激光器可以是单模也可以是多模的。单模产生的高质量光束能够应用在材料领域或大气传输,多模工业激光则具有高功率。如果应用并不需要产生很高的功率密度,那么多模的总功率较高将成为优势,例如对于切割和焊接的热处理。

  长脉冲激光被称为准连续激光器,产生ms量级的脉冲,占空比为10%。这使得脉冲光具有比连续光高十倍以上的峰值功率,对于钻孔等应用来说非常有利。根据脉宽可将重复频率调制达500Hz。

  详情阅读:光纤激光器的最新进展及未来发展

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