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閱讀：3發(fā)布時間：2025-7-7
所謂光纖大功率激光器，就是利用稀土摻雜光纖作為增益介質(zhì)的激光器，其發(fā)展歷史幾乎和激光技術(shù)一樣悠久。早在20世紀(jì)60年代初，美國光學(xué)公司的E. Snitzer等人就提出了摻稀土元素的光纖激光器和放大器的設(shè)想，但直到80年代，隨著激光二極管泵浦技術(shù)的發(fā)展和雙包層光纖的提出，光纖大功率激光器才進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段。近十年來，適合各種應(yīng)用目的和領(lǐng)域的光纖激光器如雨后春筍般在世界各地出現(xiàn)。
光纖大功率激光器與傳統(tǒng)激光器相比具有很大的優(yōu)勢：輸出光束質(zhì)量好、體積小、無需冷卻或冷卻結(jié)構(gòu)簡單、能量轉(zhuǎn)換效率高等。大大降低了運(yùn)營成本，使其發(fā)展迅速。
1.工作原理和關(guān)鍵技術(shù)
和其他類型的激光器一樣，大功率激光器主要由泵浦源、諧振腔和增益介質(zhì)組成，包括泵浦LD、DCDF、大模場FBG和光纖合束器，的所有器件都可以由光纖介質(zhì)制成，因此光纖技術(shù)是決定光纖大功率激光器性能的關(guān)鍵因素。
2.特種光纖技術(shù)
起初，大功率激光器使用直徑小于10m的摻雜纖芯作為激光和泵浦光的公共波導(dǎo)。由于LD泵浦光只能從表面積較小的端面進(jìn)入纖芯，且只能用單模LD泵浦，泵浦耦合效率很低，輸出功率不高，限制了其應(yīng)用。1988年，提出了基于包層泵浦技術(shù)的雙包層光纖來解決這一問題。
在單包層光纖的基礎(chǔ)上，在摻雜纖芯周圍增加一個內(nèi)包層作為泵浦光的傳輸波導(dǎo)。多模泵浦光可以在內(nèi)包層中傳輸并連續(xù)通過纖芯被摻雜離子吸收，而產(chǎn)生的激光仍然通過纖芯波導(dǎo)傳輸，保證其高光束質(zhì)量。內(nèi)包層直徑一般為40 ~ 500微米，NA一般為0.2 ~ 0.5，用于傳輸高功率多模泵浦光。對于模場面積較大的雙包層光纖，雖然其纖芯理論上支持多模，但可以通過彎曲損耗等方法輸出單模激光。
由于內(nèi)包層具有較大的截面積和數(shù)值孔徑，可以允許千瓦級多模半導(dǎo)體泵浦激光進(jìn)入其中，從而大大提高大功率激光器的單模輸出功率。纖芯的摻雜濃度是獲得高泵浦吸收、避免濃度猝滅效應(yīng)和熱問題、減少背景損耗的標(biāo)準(zhǔn)。
事實(shí)上，光纖的損傷閾值高(一般為1.5W/μm2)，易于達(dá)到高功率，轉(zhuǎn)換效率高，通過選擇不同的稀土摻雜或不同反射特性的光柵，可以得到很寬工作波長范圍的光纖大功率激光器。
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