大功率光纤激光器 高功率光纤激光器发展简史

Snitzer在1988年重新开启了高功率光纤激光器的大门。当时，他开发了一种新的光纤结构，可以更好地将泵浦光耦合到光纤中。

20世纪80年代，二极管泵浦技术出现在固态激光器领域，但对于光纤激光器来说，最初的要求是将泵浦光耦合到一个小的中心芯中。Snitzer在传统的高折射率纤芯和低折射率包层之间增加了一层额外的玻璃层。

该内包层的折射率低于芯层的折射率，但高于外包层的折射率。因此，纤芯和内包层之间的边界限制了掺钕纤芯中产生的激光，而内包层和外包层之间的边界限制了内包层中的二极管泵浦光。在此基础上，改变光纤几何形状、掺杂和二极管组合有助于提高亮度、功率和能效。

20世纪90年代中期，光纤通信的蓬勃发展使大多数公司将注意力从激光器转向光纤放大器的发展。

但1990年，Valentin Gapontsev在莫斯科成立了IPG光子公司，在掺镱光纤激光器方面取得了长足的进步。1995年，公司开始研制单瓦单模光纤激光器；到2004年，已实现1千瓦的单模连续输出。

大约两年前，IPG还推出了一种多模光纤激光器，主要依靠锥形光纤束，可以集中泵浦光，组合独立单模激光器的输出，因此这条生产线的激光功率很快达到了几千瓦。随着功率水平的提高，该公司专注于可以使用多模光束的工业应用。

2009年，单模光纤激光器的功率达到创纪录的10 kW，这是一项令人印象深刻的工程成就。在此之前，单模光纤激光器的研究一直处于停滞状态。近年来，单模光纤激光器的功率已扩展到15-20 kW。

多模光纤激光器可以达到连续输出100 kW功率的水平，因为其核心器件较大，所以激光器需要在较大的体积内传输，功率密度的降低导致非线性响应。这种激光器主要用于工业材料的加工，是一个价值10亿美元的光纤激光器市场。

但是仅仅一个激光器是不够的，必须开发一个特殊的激光头进行光束传输，以促进深焊接的应用，因为这种强大的光束在焊接领域看起来很有吸引力。

换句话说，目前的大功率光纤激光技术比大多数客户的要求提前了5到10年，但用户在开发大功率专用切割头之前无法使用。

“高功率”本质上是一个相对术语。光纤激光器可以在单个频率集中产生高功率，使单位波长的功率非常高，并将输出的激光发展成极其有价值的应用，如变频、遥感和显微术。因此，大功率光纤激光器并不局限于切割金属或打击军事目标，而是开辟了广泛的可能性。

总的来说，从1995年开始，光纤激光器的输出功率增加了10万倍，目前发展缓慢，不能太抱怨。

这些进步源于控制光能的流动并将其限制在较小的体积内，以便使光和材料之间的相互作用尽可能有效。进入光纤激光器的泵浦光的一半以上可以在激光束中表现为高方向性光。这已经是很了不起的成绩了，以后还会有更多的成绩。