所谓高功率光纤激光器，是相对于光纤通讯中作为载波的低功率光纤激光器而言（功率为mW级），是定位于机械加工、激光医疗、汽车制造和军事等行业的高强度光源。高功率光纤激光器巧妙地把光纤技术与激光原理有机地融为一体，铸造了21世纪最先进和最犀利的激光器。即使是在激光技术发达的国家，光纤激光器也是尖端、神秘和充满诱惑的代名词。
　　顾波博士表示，从利润和销售额来看，光纤激光器最大的市场在千瓦级以上的应用。目前来讲，二维钣金切割是千瓦级光纤激光器的主要应用，国内的大功率切割机市场每年有近两千台的需求。高功率激光的焊接和其他应用，市场潜力更大。正由于此，国内大厂家均瞄准了高功率产品。
　　从技术层面上来讲，高功率光纤激光器分单模和多模。将几个较低功率（低于千瓦级）的单模光纤激光输出合成一个千瓦级的输出应远比千瓦级的单模输出要容易。虽然，能取得多大功率的单模输出代表着高功率光纤激光器厂家的技术水平，但从原则上说，能取得几百瓦单模光纤激光输出的厂家均能做出千瓦级的多模光纤激光器。而大部分工业应用，如中厚钣金切割和焊接，并不需要单模。目前有两家公司已推出千瓦级的光纤激光器。梅曼宣布推出1KW工业光纤激光器，锐科实现了1-4KW功率的工业光纤激光器产品样机，并且将在2012年下半年推出1-2KW产品，2013年推出4KW产品。另外，至少还有4家公司声称将要推出千瓦级的光纤激光器。
　　种种迹象表明，国产工业光纤激光器的市场推广即将或已到来。与国外同类产品的竞争即将展开。
　　中国造出万瓦光纤激光器
　　武汉锐科光纤激光器技术有限责任公司是中国第一家，也是目前中国最大的专门从事高功率光纤激光器及核心器件研发和规模化生产的企业，该公司于2013年研发出我国首台万瓦光纤激光器，标志着中国在高功率光纤激光器研制领域进入世界先进水平，成为继美国后第二个掌握此项尖端技术的国家。
　　锐科激光公司聚集了一批海内外光纤激光器领域的高端专业技术人才，拥有国家“千人计划”、国家特聘专家和一批多年从事高功率光纤激光器及其关键器件和电源研究的顶尖专家和优秀工程师，是国内最强的光纤激光器研发团队，主持承担了国家科技支撑计划，国家重大科技专项和国家“863”计划等项目的研究，5项成果通过省部级鉴定，2项成果获得湖北省科技进步一等奖，牵头起草我国第一部《光纤激光器》行业标准。公司拥有近四十项专利。2011年公司获得国务院侨办颁发的“重点华侨华人创业团队”称号。
　　为打破垄断，锐科激光公司先后成立了“光纤激光器湖北省工程研究中心”“湖北省高功率激光装备工程技术研究中心”，攻克了高功率光纤耦合器、增益光纤光子暗化测试技术、光纤激光器驱动与控制电路等关键核心技术，自主研发了国内第一台10W脉冲全光纤激光器、第一台25W脉冲全光纤激光器、第一台100W连续全光纤激光器产品、第一台1000W连续全光纤激光器和第一台4000W连续全光纤激光器，光纤耦合半导体、光纤耦合器、光纤隔离器、增益光纤、光纤耦合声光调制器等部分关键器件已实现了国产化，形成了较为完善的光纤激光器产业链。公司的光纤激光器产品质量达到国际一流的品质，公司先后通过多项国际权威机构认证，荣获湖北省名牌产品，其中有四项产品被国家列为重点新产品。这些成果一举打破了国外少数发达国家对我国的价格垄断、技术封锁和部分产品禁运，提升了我国激光高端制造业的水平和国际地位，迫使国外厂商对同类产品的价格下降60%，实现进口替代，同时争取到了国内市场30%的份额，产品出口韩国、日本、印度、伊朗、德国、西班牙等20多个国家。
　　美军研发60千瓦级高功率光纤激光器
　　美国陆军空间与导弹防御司令部官员宣布授予洛克希德·马丁阿库莱特公司一项价值为2520万美元的合同，为高能量激光移动示范者(HEL MD)项目研制60千瓦频谱组合高功率光纤激光器。
　　HEL MD项目是美国陆军和位于圣路易斯的波音公司定向能系统分部共同执行的一个联合项目。
　　洛克希德·马丁阿库莱特公司激光武器专家赢得长延时合同，开发车载激光武器系统用60千瓦光纤激光器模块，以击落敌方的无人飞行器(UAV)、火箭、炮弹等。
    美国陆军官员已经在2013年8月宣布授予洛·马阿库莱特公司该项为期3年的单源合同。HEL MD项目将在陆军和美国国防部测试靶场及其它户外场所运行操作。合同于2016年底完成。与此相关的行动是，美国陆军空间与导弹防御司令部官员在今年2月向产业界发展征询，希望能提供一个50千瓦功率可调的激光器，其冷却系统能放置在一个8X53英尺的平板拖车上。
　　光纤激光器被誉为第三代最先进的工业加工激光器，同时也是世界各国着力发展的高端激光器，在工业加工领域具有多方面的优势。它的国产化和产业化，将极大提升我国高端激光器的研制水平，同时为我国大功率数控激光加工装备提供“中国心”，极大促进我国激光加工产业的发展。当前阶段，我们已经取得了一定的成绩，但我们也清楚的认识到，我们的光纤激光器产品与国外领先水平还有很大一段距离。
     一、光纤技术
     光纤激光器的最大特点就是一根光纤穿到底，整台机器高度实现光纤一体化。而那些只在外部导光部分采用光纤传输或者LD泵浦源采用尾纤来耦合的激光器都不是真正意义上的光纤激光器。
     光纤是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维，主要广泛应用于光纤通讯，其导光原理就是光的全反射机理。普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯(芯径一般为9-62.5μm) 、中间低折射率硅玻璃包层 (芯径一般为125μm) 和最外部的加强树脂涂层组成。〈见图一〉光纤可分为单模光纤和多模光纤。单模光纤：中心玻璃芯较细(直径9μm+0.5μm)，只能传一种模式的光，其模间色散很小，具有自选模和限模的功能。多模光纤：中心玻璃芯较粗(50μm +1μm)，可传多种模式的光，但其模间色散较大，传输的光不纯。  
     用于高功率光纤激光器中的光纤不是普通的通讯光纤，而是掺杂了多种稀有离子、结构更为复杂、耐高辐射的特种光纤---双包层光纤。
   双包层光纤比普通光纤在纤芯外多了一个内包层，对泵浦光而言是多模的，直径和受光角较大，能大肆吸收高亮度的多模泵浦光，在光纤内聚集大量的光子。实践证明：横截面为D型和矩形的双包层光纤具有95%的耦合效率因而得到广泛应用。对于脉冲光纤激光器而言，一个重大的课题就是如何提高光纤的耐辐射能力。目前世界上光纤激光器的单脉冲能力可以达到20,000W，一根头发丝大小的光纤如何能承受如此高的激光辐射？所以必须考虑在光纤内掺杂某种特殊离子防止光纤被烧坏。比如掺杂了铈离子的光纤就是在核辐射情况下，既不会因染色而失去透光能力，更不会受热变形。  
    二、传统固体激光器  
     激光器说白了就是一个波长转换器---波长短的泵浦光激励掺杂离子转换成长波长的光辐射，它一般由3部分组成：工作物质、谐振腔和泵浦系统。由于光纤激光器本质上属于固体激光器，所以在此仅比较一下传统Nd:YAG激光器的特性。 
    工作物质：
    工作物质是固体激光器的心脏，它的物理性质由基质材料决定，光谱性质由激活离子内的能级结构决定。在YAG单晶体中掺入三价的Nd3+，便构成了目前广泛应用的YAG激光晶体。它主要有如下明显的特点：  
    1、YAG棒生长速度很慢，一般小于1mm/h。目前最大晶体棒的直径为40mm，长180mm，所以激光增益从根本上受到限制，无法实现特高功率激光输出。  
    2、工作物质只要是晶体就无法回避激光棒的热透镜效应、热应变和热致双折射现象，严重时出现“激光淬灭”和激光棒断裂；所以，YAG激光器效率很低。
   3、Nd:YAG棒的主要吸收谱线在810nm附近，其带宽约为2nm，所以要严格控制泵浦源的线宽，否则 吸收无效反而造成热损耗，所以YAG激光器一般要加庞大的冷却系统。 
    4、由于Nd3+半径与Y3+半径不完全相符，Nd3+离子掺入YAG晶体中在结构上存有天生的缺陷造成光学瑕疵，不能够在YAG晶体中掺入高浓度的Nd3+来实现高增益，这同时也是影响激光器光学性能的根本。
    5、处于亚稳态能级的Nd3+离子平均寿命长为300us，其最佳Q开关重复频率只能是1/300us，即3.3Khz，所以YAG激光器的Q开关一般设定为3-5Khz而无法实现高频工作。  
    光学谐振腔：  
     传统光学谐振腔主要由工作物质两端镀了膜的两块镜片组成，起着正反馈、选模和输出耦合的作用。比较光纤激光器独特的腔结构，传统光学谐振腔主要有如下特点：  
    1、由于是由两块镜片组成，谐振腔受到机械振动、热透镜效应以及晶体棒热焦距扰动影响，从而造成激光无法正常出光，需极为烦琐的调光与监控。  
    2、腔镜对灰尘、水分和杂物十分敏感，需经常专业擦拭，否则影响激光功率。  
    3、腔长长度与输出功率是一对矛盾，光束质量与激光能量是一对矛盾；只有采取昂贵的选模/锁模腔才可以实现高质量的大功率输出。
    4、从激光晶体激励出来的初始激光不是单模光，而是一束直径为几毫米的光束，必须通过腔镜衰减或 选模机制来实现单模输出，从而降低了整体转换效率。  
    泵浦系统：  
    由于灯泵系统的优缺点广为人知，在此仅谈谈DPSSL的泵浦方式的某些特性：  
   1、由于DPPSSL主要是在泵浦系统上稍作改进，它只能缓解激光棒热效应，而无法从本质上根除晶体激光器的这个弊病。
   2、需严格控制LD的波长在808-812nm之间，要么加冷却系统，要么加波长锁定器，这是由于Nd :YAG晶体光谱特性所决定的。  
   3、如泵浦光聚焦在几毫米的晶体端面进行端泵，一是无法实现高功率输出；二是泵浦光不能太强，否则膜层可能脱落，晶体棒无法及时散热，甚至出现棒畸变。  
   4、如泵浦光对晶体进行侧面泵浦，则一般为多模输出，如不采取专门措施，无法提高光束质量。 
   5、LD直接发射出的激, 光为高度高斯像散光束，在进行端泵时需增加各种光学元件把泵浦光校准、聚焦在晶体上，这些附加的光学器件必将受到机械振动、灰尘和潮湿的影响，从而降低转换效率。 <, BR> 三、低功率光纤激光器  
    普通通讯用的光纤激光器输出功率一般都是毫瓦级，其典型结构与我们传统加工用的工业激光的显著区别有：  
   1、用掺杂离子的光纤作为工作物质  
   2、用光纤光栅代替光学镜片构成光学谐振腔  
   3、LD泵浦源可以通过尾纤与掺杂光纤无缝耦合  
   4、导光部分也直接采用光纤输出  

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2015030601