光纤激光器发展的前世今生（下）

2021-05-26 14:13

早期的光纤激光器效率低、功率低，局限也大，直到出现了可以将泵浦光束传送到包层的更有效方法。IPG Photonics公司创始人兼首席执行官Valentin Gapontsev，在利用多个单发射极二极管激光器将侧边泵浦光束发送到大面积包层领域，享有“先驱”的盛誉。

光束空间模式

光纤激光器可以配置各种空间光束模式，以适应几乎任何应用。这些模式指的是所用单模光纤的特性，而非热操作点。因此，与其他固态激光器不同的是，光纤激光器会产生相同的光束轮廓，在其整个操作功率范围内（通常为额定功率的10％到100％），发散度不会变化。

单模连续波激光器具有近变形限制光束质量，可用于工业应用，要求平均功率高达10kW，最小光斑尺寸在25?m－30?m范围内。高亮度多模激光器的输出光纤芯径在50?m－600?m范围内，光束质量从2mm×mrad开始。所激发光束的能量分布近似高斯分布或平顶分布，核心直径可达1mm。

光纤激光器的光斑能量分布接近高斯分布的单模剖面（a）

光纤激光器的光斑能量分布可以是平顶多模剖面（b）

对于特殊应用可能需要通过使用双光斑模块、三光斑光束传输、光束摆动或光束模式可调（AMB）等解决方案，进一步做时空能量分布。AMB光束模式可调激光器的特点是在光纤激光器的内芯周围有一个同轴环。可独立且动态地控制中心光束和环形光束的大小和功率。AMB激光器可以提高钻孔、切割和焊接的效果，对于铝材的焊接效果特别显著。在焊接铝的过程中，通过增加环形光束，可以形成稳定的匙孔，减少或完全消除飞溅、裂缝和气孔。

光束模式可调激光器可独立且动态地控制中心光束和环形光束的大小和功率，从而提高加工质量

应用及优势

自20世纪90年代初以来，光纤激光器在电信、医疗以及各种高端和科学领域的应用越来越广泛。宽波长范围、窄线宽、偏振或非偏振发射、短脉宽、单模操作、对环境条件不敏感以及光纤激光器体积小等优势，使其成为应用于科学领域和政府部门的理想解决方案。在这些领域中，光纤激光器往往能够应对其他加工技术无法解决的挑战。

来到21世纪，工业光纤激光器在汽车、航空航天、重工业和运输、消费设备、电子、医疗设备、石油和天然气、核能、光伏、半导体制造等其他材料加工的应用正变得越来越多。

虽然早期大部分应用以金属材料加工为主，但也有诸如熔覆与3D打印、热处理、表面清洗以及各种微加工技术中，包括聚合物、陶瓷等其他非金属材料的应用，并且正在快速发展。

在这些行业和应用中，工业光纤激光器已成为性能基准。得益于相对较高的输出功率和均匀且优异的光束质量，能够确保加工速度快；其抗振动、抗污染、坚固紧凑的设计、高效的能源效率和高可靠性，让投资者快速获得投资回报。