光纤激光器最新研究进程

3 光纤激光器特点及应用
　　光纤激光器以光纤作为波导介质，耦合效率高，易形成高功率密度，散热效果好，无需庞大的制冷系统，具有高转换效率，低阈值，光束质量好和窄线宽等优点。光纤激光器通过掺杂不同的稀土离子可实现380nm－3900nm波段范围的激光输出，通过光纤光栅谐振腔的调节可实现波长选择且可调谐。美国IPG公司已于2004年8月在德国建成10KW掺Yb双包层光纤激光器，该激光器输出光束质量为11.5mm.mrad，输出功率1KW～10KW连续可调，最大功率密度30MW/cm2,输出尾纤直径200μm，这是迄今为止已报道的最高光纤激光器功率输出。而英国，俄罗斯，日本，德国等国也在光纤激光器领域取得许多重要成果。其中英国南安普顿大学研制的1KW单模光纤激光器保持着单模光纤激光器最高输出的纪录。
　　与传统的固体激光器相比，光纤激光器体积小，寿命长，易于系统集成，在高温高压，高震动，高冲击的恶劣环境中皆可正常运转，其输出光谱具有更高的可调谐性和选择性。 表是大功率光纤激光器与传统固体激光器的性能参数比较。
  CO2激光器   Lp-ND-YAG激光器   DP-YAG激光器   掺Yb3+双包层光纤激光器
波长/μm   1.06   1.06   1.06   1－1.2
电光效率/%  5－10   1－3   5－10   12－20
功率/KW   1－20   0.5－5   0.5－10   0－10
光束参数/ mm.mrad   >100   50－80   25－50   1－20
石英光纤传输   否   能   能   能
维修周期/Khr   1－2   <1   3－5   40－50
　　可看出，高功率光纤激光器的各项性能指标远优于固体激光器，因此光纤激光器被一致认为是有可能全面替代固体激光器的新一代产品。
　　由于其波段涵盖了1.3μm和1.5μm两个主要通信窗口，因此光纤激光器在光通信领域拥有不可替代的地位，大功率双包层光纤激光器的研制成功使其在激光加工领域的市场需求也呈迅速扩展的趋势。光纤激光器在激光加工领域的范围和所需性能具体如下：软焊和烧结：50－500W；聚合物和复合材料切割：200W－1kW；去激活：300W－1kW；快速印刷和打印：20W－1kW；金属淬火和涂敷：2－20kW；玻璃和硅切割：500 W－2kW。此外，随着紫外光纤光栅写入和包层泵浦技术的发展，输出波段在紫光、蓝光、绿光、红光及近红外光的波长上转换光纤激光器已可以作为实用的全固化光源而广泛应用于数据存储，彩色显示，医学荧光诊断。远红外波长输出的光纤激光器由于其结构灵巧紧凑，能量和波长可调谐等优点，也在激光医疗和生物工程等领域得到应用。
4.前景与展望
　　目前，光纤激光器可实现800nm－2100nm波段的激光输出，最大功率已达到万瓦量级，应用也从光通信扩展到激光加工、激光打标、图像显示、生物工程、医疗卫生等领域。未来光纤激光器的发展趋势将体现在以下几个方面：（1）光纤激光器本身性能的提高：如何提高输出功率和转换效率，优化光束质量，缩短增益光纤长度，提高系统稳定性并使其更加小巧紧凑将是未来光纤激光器领域研究的重点。（2）新型光纤激光器的研制：在时域方面，具有更小占空比的超短脉冲锁模光纤激光器一直是激光领域研究的热点，高功率飞秒量级脉冲光纤激光器一直是人们长期追求的目标，该领域研究的突破不仅可以给光通信时分复用（OTDM）提供理想的光源，而且可以有效带动激光加工、激光打标及激光加密等相关产业的发展。在频域方面，宽带输出并可调谐的光纤激光器将成为研究热点，近来，一种采用ZEBLAN材料（Zr、Ba、La、Al、Nd）为激光介质的非线性光纤激光器引起了人们的重视，该激光器具有相当宽的带宽和低损耗，可实现波长上转换几个波段，被专家誉为下一代通信材料，如能实现大规模生产将会在激光打印和大屏幕显示领域产生几十亿美元的市场。可以预见，随着相关技术的完善，光纤激光器将向更广阔的领域发展，并有可能成为替代固体激光器和半导体激光器的新一代光源，形成一个新兴的产业。