大功率光纤激光器技术及应用详解

  器相比，光纤激光器无论在光束质量、工作效率、结构体积和系统维护等方面，均占有明显的优势，具体表现在：(1)由于双包层光纤独特的波导结构，使得输出激光具有光斑小、亮度高、接近衍射极限的光束质量。(2)光纤的损伤阈值高(一般为1．5 W／m2)，易于达到高功率，转换效率高，通过选不一样的稀土掺杂光纤或不同反射特性的光纤光栅，能够获得很宽工作波长范围的光纤激光器。(3)由于表面积与活性介质体积比高，其散热性能好，不需要特殊制冷。百瓦量级的光纤激光器采用简单的风冷即可。(4)结构相对比较简单、体积小、重量轻、稳定性很高、可靠性好，对灰尘、震荡、冲击、湿度等具备极高的容忍度，使用灵活方便。(5)造价不断降低。

  大功率光纤激光器凭借其一系列优点，以及可达几十千瓦的输出功率，使其应用场景范围逐渐从光通信领域扩展到工业加工、材料处理、生物医学、国防军工等愈来愈普遍的领域中。

  在通讯领域，应用最多而且对光纤激光器推动最大的就是全光通讯网络。掺铒光纤激光器提供的1.3m和1.55m波段的激光，处于光通讯的两个低损耗窗口上。双包层掺镱光纤激光器的出现，解决了拉曼光纤放大器的泵浦源问题，这种拉曼光纤放大器可以工作在光通信窗口的任意波长处，并对光信号进行在线放大，是长距离、超长距离通信实现信号放大的理想选择。大功率光纤激光器另一个发展趋势是将其应用到光孤子通讯和空间通讯领域，实现远距离、无差错通信。

  在工业加工方面，激光加工技术是利用激光与物质相互作用的特性对材料来切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术，它是大功率光纤激光器未来市场发展的潜力最广阔的应用领域。与机械加工相比，激光加工具有加工对象广、非接触加工、公害小、速度快、可自动控制等优点，被誉为“未来制造系统的共同加工手段。

  与传统高功率激光器相比，工作波长在1060～1200 nm范围内的掺镱大功率光纤激光器，具有转换效率高、光束质量好、维护周期长、运行的成本低等优点，其极高的效率和功率在材料加工方面可与传统的YAG激光器相媲美。在激光打标领域，由于光纤激光器具有高的光束质量和定位精度，集成电路制造商开始用光纤激光打标系统取代效率不高的cq激光和闪光灯泵浦的Nd：YAG脉冲激光打标系统，在半导体芯片和包装上制作小铭牌，它也常用于在塑料和金属上打标；在焊接领域，激光软焊和烧结所需的功率为50-500 W，金属焊接和硬焊为5-20 kW，大功率光纤激光器完全能满足要求。2008年，德国宝马汽车公司从IPG公司订购了16台千瓦级连续光纤激光器用于车门焊接生产线。

  在国防军工方面，功率高、光束质量好的激光武器一直是军事领域研究的重点，高功率光纤激光器以其亮度高、照射面积小、体积小、使用灵活方便等优点慢慢的受到重视。作为攻击武器，高功率光纤激光器的输出能量高度集中，光功率密度可达到MW/cm2量级，足以摧毁任何坚固的目标。它以300000000m/s的速度在空气中传播，瞄准目标时不需计算提前量，且射击时没有后坐力，可随机变换射击方向，精确打击目标的要害部位。而作为防御武器，美国军方使用IPG公司生产的2 000 W多模光纤激光器，在阿富汗恶劣环境下成功执行了扫雷任务。