高功率光纖激光器的簡介及其核心技術的詳解

　　高功率光纖激光器是一種新型光源，在同樣的輸出光功率下，光纖激光器在光束質量、光傳遞特性、可靠性和體積大小等方面都具有極大優(yōu)勢。光纖激光器的增益介質長，能很方便地延長增益介質以使抽運光被充分吸收，這一特性使光纖激光器能在低抽運功率下運轉，而且能保證極佳的光束質量和很高的轉換效率。發(fā)絲般粗細的光纖使光纖激光器能獲得極高的光功率密度（140mW／cm2）。光纖激光器具有大表面／體積比，其工作物質的熱負荷小，具有良好的散熱特性，不需要額外增加龐大的制冷系統(tǒng)，給光纖激光器的使用帶來極大方便。另外，光纖激光器結構簡單，易于實現(xiàn)流水化和大批量生產(chǎn)。因此，高功率光纖激光器的研發(fā)和實用化技術已成為激光技術領域的一個熱點，受到廣大科研工作者和業(yè)界專家們的極大關注。

　高功率光纖激光器的關鍵技術

　　1、 包層泵浦技術

　　包層泵浦技術克服了低空間相干性強泵浦光與單個空間模的激光波導之間不易耦合的困難，包層泵浦技術是通過雙包層光纖實現(xiàn)的。與普通光纖相比，雙包層光纖增加了內包層，其橫向尺寸和數(shù)值孔徑遠大于纖芯，而且對于泵浦光是多模的，可以有效提高泵浦光的耦合效率。多模的泵浦光在內包層的傳輸過程中，多次經(jīng)過纖芯，被纖芯中的稀土離子吸收。這種光纖結構增加了泵浦長度，顯著提高了泵浦效率，從而使光纖激光器的輸出功率提高幾個數(shù)量級。泵浦光的吸收效率與內包層的幾何形狀以及纖芯在包層中的位置有關。典型的內包層結構有方形、矩形、圓形、D形、梅花形以及偏心結構等。研究結果表明，同心圓形結構的吸收效率最低，而非圓形的內包層結構對泵浦光的吸收效率很高，理想情況可達到100％。

　　2 、泵浦耦合技術

　　高功率光纖激光器的關鍵技術之一就是如何將泵浦源輸出的光功率有效地耦合到增益光纖中去。常規(guī)的光纖激光器采用普通的單模光纖做增益介質，耦合效率極低，很難得到高功率的光纖激光。包層泵浦技術的出現(xiàn)，極大提高了泵浦光的耦合效率，使光纖激光器擺脫了低功率、無較大應用價值的印象，推動了高功率光纖激光器的發(fā)展。但要獲得幾

　　百瓦甚至幾千瓦的光纖激光，就需要更高輸出功率的泵浦源（一般為半導體激光器陣列），將半導體激光器陣列輸出的幾千瓦的激光耦合入一根雙包層增益光纖是一件很困難的事，耦合效率也很低。因此，尋找泵浦光進入增益光纖的耦合新技術是一項重要的工作。采用樹杈形光纖，將多個激光二極管輸出的光功率同時耦合進入增益光纖是最好的解決方案，即每個激光二極管輸出的光由多模光纖導出，采用光纖集合熔接技術，將多根多模光纖融合成一根光纖，制成光纖模塊。這樣可使單根光纖的輸出能量在百瓦級，同時消除了半導體激光列陣集成模塊的散熱問題。將樹權形光纖模塊作為泵浦光進入雙包層增益光纖的導人口，可以將多個激光二極管輸出的光功率有效地耦合進增益光纖的內包層，有效提高泵浦效率。