高功率光纤激光 前景可能远超你的想象

作者:拉萨二手机床交易   来源:拉萨机床厂   时间:2020-06-22 22:39

高功率光纤激光技术是近年来发展起来的一种光电技术。它是激光技术领域最热门的研究目的之一,已广泛应用于工业制造、医疗、能源勘探、军事防御等领域。从整个高功率激光产业的发展趋势来看,光纤激光器结合了光纤的波导特性和半导体的泵浦特性,具有光束质量好、效率高、散热好、布局紧凑、操作灵活等突出优点。代表了高功率、高亮度激光器的发展趋势。0到100瓦已经增长了近40年。如今,通过使用掺杂不同离子的光纤作为增益介质,可以实现1到5 m的全波段笼型覆盖。利用拉曼和非线性变频技术,可以实现紫外光、可见光和红外光的高功率、高亮度激光输出。事实上,早在1961年,美国科学家斯尼策就提出,在激光腔中使用稀土掺杂光纤可以获得不间断的单模激光输出,但它受到光纤结构和泵浦光源的限制,并没有实现快速增长。从20世纪70年代到80年代,半导体激光器和光纤拉丝技术已经快速发展了20年。由于现代技术的气相沉积和半导体泵浦源可以在室温下工作,单模光纤激光器的研究工作正在慢慢展开。然而,此时,光纤的光信号光和泵浦光都在纤芯中传输。难以将低亮度半导体激光器耦合到直径为几微米的纤芯中。因此,光纤激光器只能长时间产生毫瓦激光输出。1988年,双包层光纤问世,明显提高了光纤激光器的输出功率。典型的双包层光纤结构包括三部分:纤芯、内包层和外包层。外包层的折射率低于内包层的折射率,因此泵浦光可以在内包层中传输。内包层的直径和数值孔径可以远大于纤芯的直径和数值孔径,便于耦合泵浦光。泵浦光在内包层中多次全反射后进入掺稀土离子的纤芯被接收,从而实现激光的产生或放大。包层泵浦技术的出现将光纤激光器的输出功率从毫瓦提高到了瓦。20世纪90年代,随着9xx nm大功率半导体激光器和双包层光纤制造技术的发展,光纤激光器的输出功率迅速提升。1990年底,大模场光纤的发展促进了激光功率的进一步提升。在接受必要的模式控制的同时,使用大模抑制积光纤可以大大提高非线性效应的阈值,从而使激光器可以在大芯径多模光纤中单模工作。该技术于1999年成功实现了100瓦单模激光输出。千瓦级突破促进市场繁荣2004年,南安普敦大学的郑等实现了世界千瓦级光纤激光输出。他们使用975纳米LD双端泵浦芯径43微米双包层掺镱光纤产生1.01千瓦1090纳米激光输出。同年,由于掺镱光纤的纤芯直径和数值孔径减小,输出激光的光束质量明显改善(M2=1.4),激光参数进一步优化,泵浦功率不断提高,使激光输出功率提高到1.36千瓦。千瓦级光纤激光器的出现使高功率光纤激光器真正走向了应用市场。研究单位和初创公司的名单如雨后春笋般涌现,呈现出欣欣向荣的景象。2012年,IPG报告了20千瓦单模和100千瓦多模光纤激光器,这也是当今光纤激光器的高功率。我国高功率光纤激光器的研发相对较晚,但发展迅速。2001年,中国科学院上海光机所开展了高功率光纤激光技术的理论和实验研究。2005年突破千瓦大关,获得1.05千瓦单光纤连续激光器输出,2009年实现1.75千瓦国产光纤输出。随后,清华大学、国防科技大学、Xi安光学与机械工程学院