863计划2014年项目征集:大功率光纤激光器与3D打印
20 世纪80 年代, 英国Southampton 大学的S. B.Poole 等用MCVD 法成功地制备了低损耗的掺钕和掺铒光纤,因为掺铒光纤光纤激光器的激射波长恰好位于通信光纤的1.55μm 低损耗窗口, 人们开始认识到光纤放大器和光纤激光器在提高传输速率和延长传输距离等方面无疑将给光纤通信带来一场革命。掺铒光纤放大器(EDFA)得到了迅速的发展并成为一项成熟的应用技术。但是,光纤通信用的光纤激光器输出功率一般都是毫瓦级,一直以来只局限于光通讯等领域;同时由于巨大的行业差距,几乎无人把它与激光加工等联想到一起。然而,对于大多数的激光应用领域,相比于毫瓦级,我们更需要瓦级的光功率输出。
1988 年Snitzer 等人提出了双包层的泵浦技术,改变了人们对光纤激光器只能产生小功率输出的看法,使得利用光纤激光器产生大功率和高亮度的激光输出成为可能。
初期人们主要研究掺Nd3+包层泵浦光纤激光器,因其为4 能级系统, 阈值功率低等优点。1992 年Minelly 等人报道了输出功率大于1W 的Nd 掺杂双包层光纤激光器。1993 年,在包层泵浦掺Nd3+光纤激光器实验中,H. Po 等得到了输出功率5W、斜率效率51%的激光;1995 年,H. Zellmer 等报道了输出波长为1064nm、功率为9.2W 的双包层泵浦的掺Nd3+光纤激光器,斜率效率仅为25%,主要是因为采用了圆形包层泵浦结构导致单模芯层对泵浦光的吸收不够充分。
然而,由于Nd 的吸收带非常窄,对泵浦源的波长稳定性和精度要求较高, 而Yb 则具有相当宽的吸收带,可提供更高的转换效率与输出功率,人们转而重点关注Yb 掺杂光纤激光器的研究。
1994 年,H.M.Pask 等率先在掺Yb 石英光纤中实现了包层泵浦,采用975nm 的泵浦光在波长1040nm处获得了0.5W 的激光输出,斜率效率达到了80%。l997 年,美国宝丽来公司的M.Muendel 等报道了l100nm、35.5W 的单模输出连续激光的掺Yb 双包层光纤激光器。
1998 年,Lucent 技术公司的Kosinki 等报道了一种内包层截面形状为星形的掺Yb 双包层光纤激光器,得到了20W 的激光输出。
1999 年SDL 公司的V. Dominic 等利用四个45W的半导体激光器从两端泵浦, 研制成功110W 的单模连续激光输出掺Yb 双包层光纤激光器,光-光转换效率58%。
2000 年,IPG 公司利用其发明的多光纤侧向耦合技术,率先实现百瓦级光纤激光器的全光纤化,为其商业应用奠定了坚实的基础。
2002 年,德国的J.Limpert 等报告了双掺杂的双包层光纤激光器的结果。采用双波长(808nm、975nm)的半导体激光器泵浦45m 长的Nd/Yb 共掺的双包层光纤,获得150W 激光输出。
2003 年,德国V.Reichel 等、IPG 公司、SPI 公司分别报道了200W、300W、610W 的单模激光输出的掺镱光纤激光器。
2004 年,SPI 研制成功1.36kW 连续光纤激光器。
2005 年,IPG 公司推出了2kW 单模光纤激光器。
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