随着大功率半导体激光技术的发展,半导体激光泵浦的固体激光器(DPSSL)在很大程度上克服了灯泵浦固体激光器的效率低、规模难以扩大、亮度随规模扩大而增大有限、介质热变形导致的光束质量下降等问题。随着半导体激光器阵列价格的下降和固体激光器性能的提高,高功率DPSSL必将获得更为广泛的应用。
虽然DPSSL相对于CO2和灯泵Nd:YAG具有很大的优越性和竞争力,但由于在激光产生时总有一部分能量以无辐射跃迁的方式转换为热,对于常规的棒状DPSSL,高功率时存在严重的热透镜和热致双折射效应,从而使得光束质量下降。这部分热能量如何从棒状激光介质中散发、排除成为获得高光束质量、高功率输出的关键。将块状激光介质做成很薄片或拉成细长光纤形状,将会有效增大了散热表面积,使表面积/体积比大大提高,有利于固体激光器散热问题的解决,这就是高功率固体激光器发展的两个重要方向:薄片激光器和光纤激光器。
光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器,光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来:在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度,造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”,当适当加入正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出。
光纤激光器应用范围非常广泛,包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接(铜焊、淬水、包层以及深度焊接)、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设等等。
通常所说光纤激光器,就是采用光纤作为激光介质的激光器,通过在光纤基质材料中掺杂不通的稀土离子(Yb、Er、Nd、Tm等),获得所对应波段的激光输出。对于常规的单模光纤激光器,要求注入到纤芯的泵浦光也必须为单模,这限制了泵浦光的入纤效率,导致光纤激光器的输出功率和效率较低。双包层光纤的提出,为提高光纤激光器的输出功率和转换效率提供了有效的技术途径,改变了光纤激光器只是一种小功率光子器件的历史。考虑到量子转换效率、抗激光损伤阈值和基底损耗等原因,掺镱石英双包层光纤是实现高功率光纤激光器或放大器的最佳选择。随着双包层光纤制作工艺和高功率半导体激光泵浦(包括其光束整形技术)技术的发展,单根双包层光纤激光器的输出功率逐步提高,连续输出功率已经达到千瓦级。
光纤激光器正在各个主要的领域中取代传统工业激光器。从微电子电路的精细切割到高功率的汽车车身焊接,从普通商品上条形码打标到去除岁月痕迹的美容嫩肤。由柔软、纤细的一簇光纤替代了传统固体或气体激光器的许多复杂的分立元器件,光纤激光使得激光器变得小巧、结构简单、易于制造而且无需维护。
光纤激光器


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