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(zhì)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(shì)。光纖激光器的增益介質(zhì)長(zhǎng)，能很方便地延長(zhǎng)增益介質(zhì)以使抽運(yùn)光被充分吸收，這一特性使光纖激光器能在低抽運(yùn)功率下運(yùn)轉(zhuǎn)，而且能保證極佳的光束質(zhì)量和很高的轉(zhuǎn)換效率。發(fā)絲般粗細(xì)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(zhì)的熱負(fù)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)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(shí)用化技術(shù)已成為激光技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，受到廣大科研工作者和業(yè)界專家們的極大關(guān)注。

高功率光纖激光器的關(guān)鍵技術(shù)

1.包層泵浦技術(shù)

包層泵浦技術(shù)克服了低空間相干性強(qiáng)泵浦光與單個(gè)空間模的激光波導(dǎo)之間不易耦合的困難，包層泵浦技術(shù)是通過雙包層光纖實(shí)現(xiàn)的。與普通光纖相比，雙包層光纖增加了內(nèi)包層，其橫向尺寸和數(shù)值孔徑遠(yuǎn)大于纖芯，而且對(duì)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(nèi)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(jié)構(gòu)增加了泵浦長(zhǎng)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(gè)數(shù)量級(jí)。泵浦光的吸收效率與內(nèi)包層的幾何形狀以及纖芯在包層中的位置有關(guān)。典型的內(nèi)包層結(jié)構(gòu)有方形、矩形、圓形、D形、梅花形以及偏心結(jié)構(gòu)等。研究結(jié)果表明，同心圓形結(jié)構(gòu)的吸收效率最低，而非圓形的內(nèi)包層結(jié)構(gòu)對(duì)泵浦光的吸收效率很高，理想情況可達(dá)到100％。

2.泵浦耦合技術(shù)

高功率光纖激光器的關(guān)鍵技術(shù)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(zhì)，耦合效率極低，很難得到高功率的光纖激光。包層泵浦技術(shù)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(yīng)用價(jià)值的印象，推動(dòng)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(dǎo)體激光器陣列)，將半導(dǎo)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(jìn)入增益光纖的耦合新技術(shù)是一項(xiàng)重要的工作。采用樹杈形光纖，將多個(gè)激光二極管輸出的光功率同時(shí)耦合進(jìn)入增益光纖是最好的解決方案，即每個(gè)激光二極管輸出的光由多模光纖導(dǎo)出，采用光纖集合熔接技術(shù)，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(jí)，同時(shí)消除了半導(dǎo)體激光列陣集成模塊的散熱問題。將樹權(quán)形光纖模塊作為泵浦光進(jìn)入雙包層增益光纖的導(dǎo)人口，可以將多個(gè)激光二極管輸出的光功率有效地耦合進(jìn)增益光纖的內(nèi)包層，有效提高泵浦效率。

3.諧振腔制備技術(shù)

制備合適的光學(xué)諧振腔是高功率光纖激光器實(shí)用化的又一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前，高功率光纖激光器的諧振腔主要有兩種：一種是在光纖端面鍍膜或采用二色鏡構(gòu)成諧振腔，這種方法給泵浦光的耦合以及光纖激光器的封裝都帶來很大困難，不利于光纖激光器的實(shí)用化和商品化；另一種是采用光纖光柵做諧振腔。光纖光柵是一種低損耗器件，具有非常好的波長(zhǎng)選擇特性，光纖光柵的采用簡(jiǎn)化了激光器的結(jié)構(gòu)，同時(shí)提高了激光器自勺信噪比和可靠性，窄化了線寬，提高了光束質(zhì)量，而且通過應(yīng)力調(diào)節(jié)可進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)諧。另外，采用光纖光柵做諧振腔可以將泵浦源的尾纖，通過錐形光纖與增益光纖有機(jī)地熔接為一體，避免用二色鏡和透鏡組提供激光反饋帶來的損耗，從而降低了光纖激光器的閾值，提高輸出激光的斜率效率：因此，采用光纖光柵做諧振腔不僅使光纖激光器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，而且極大提高了泵浦光的耦合效率(可達(dá)90%)，有利于光纖激光器的實(shí)用化。