光纖激光器是干嘛的？組成、原理及用途介紹

1 光纖激光器是干嘛的

光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質的激光器，屬于固體激光器的一種，光纖激光器具有較高的光電轉換效率、結構簡單、光束質量好等特點，目前已成為激光技術發展主流方向和激光產業應用主力軍。光纖激光器由于光纖體積、占地面積小，可使用場合廣泛，在下游制造加工領域使用率較高。光纖激光器可用光纖直接導出，其加工適應性高，能適應任意空間加工應用;此外，光纖激光器的光束質量較優，能最大化的為制造業企業起到降本提效作用。

2 光纖激光器的優點

(1)可以將稀土元素吸收光譜中對應的高功率、低亮度的LD光源通過泵浦雙包層光纖結構，輸出高亮度單模激光。

(2)設計小巧靈活，轉換效率高，在惡劣條件下工作。散熱系統好。

(3)產生光束質量好、轉換效率高、閾值低。

(4)可通過使用不同的稀土元素實現0.38-4um波段內的激光輸出，波長選擇容易且實現可調諧，調諧范圍寬。

(5)與現有光通信系統匹配度高，耦合性好。

(6)成本低，光纖激光器由光纖器件和光纖組成，可大大降低結構成本。

2 光纖激光器的組成及工作原理

與其他類型的激光器一樣，光纖激光器由增益介質、泵浦源和諧振腔三個部分組成。光纖激光器使用纖芯中摻雜有稀土元素的有源光纖作為增益介質。一般采用半導體激光器作為泵浦源。而諧振腔則一般利用反射鏡、光纖端面、光纖環形鏡或光纖光柵等器件構成。具體工作過程為：在工作狀態下，有源光纖(增益光纖)通過吸收泵源提供的能量，經有源光纖和光纖光柵組成的諧振腔激勵放大后輸出激光。

(1)種子源：又稱信號源，是激光放大系統中輻射放大的對象，提供低功率信號的激光作為“種子”讓放大系統依照這個“種子”的狀態進行放大。

(2)有源光纖：有源光纖作為增益介質，在光纖激光器中的作用為實現將泵浦光到信號光的能量轉換實現放大作用。

(3)無源光纖：無源光纖主要實現光傳輸的作用，不參與波長的轉換。在光纖激光器系統中，主要有光纖光柵、光纖隔離器中的無源匹配光纖和激光傳能組件中的無源多模大芯徑傳能光纖等。目前國內供應商的無源光纖產品已基本完全可以滿足生產需求，僅少量用于超高功率產品的無源光纖依然需要使用進口光纖。

4 光纖激光器核心光學器件

(1)泵源：可作為工業半導體激光器直接光源輸出激光，也可作為泵浦光源，為光纖激光器提供高功率、高亮度的泵浦光

(2)泵浦合束器：能夠將多個泵源的激光耦合入光纖，實現更高功率的泵浦激光輸出

(3)能量合束器：能將多個高功率光纖激光器模塊能量疊加，是實現多模激光合束輸出的核心器件

(4)光纖光柵：一種通過一定方法使光纖纖芯的折射率發生軸向周期性調制而形成的衍射光柵，屬于無源濾波器件，也是諧振腔的必要構成部件，決定激光的輸出波長與帶寬，可控制激光模式與光束質量

(5)激光輸出頭：能夠將高功率激光在應用場地實現遠距離柔性輸出的重要部件，與加工系統進行兼容配合，從而將激光器產生的激光傳輸至加工材料上完成激光加工應用

(6)隔離器：能夠有效保護激光器，有效的防止回返光損傷其他光學部件

(7)剝模器：可以有效的剝除激光器中的包層光，保護相關器件，提高輸出激光光束質量聲光調制器主要用于諧振腔內部，并通過射頻驅動調制技術調制所需的激光脈沖，是調Q脈沖光纖激光器核心部件

(8)模式匹配器：用于連接兩個不同類型光纖的核心器件，可以使得不同類型光纖的連接損耗降到最低，優化激光器模式模場的匹配性

5 光纖激光器的用途

按照工作方式來劃分，光纖激光器又可劃分為連續出光、脈沖出光?？捎迷谇懈?、弧焊、淬火，打標等多種場景中

(1)連續激光器：出光是連續的，峰值功率達到120KW，主要應用在切割、弧焊、釬焊、打孔等等半連續激光器(QCW)：本質上還是脈沖出光，但是脈寬較長，峰值功率為23KW，主要應用在切割、弧焊、釬焊、打孔、金屬淬火(提高金屬延展性、降低直流電阻)，尤其適合在點焊、縫焊以及鉆孔應用領域替代燈泵浦YAG激光器。用途上跟連續激光器有一定重疊。

(2)脈沖激光器又可以劃分為納秒、皮秒、飛秒脈沖激光器等。納秒激光器(脈寬較長)：峰值功率為1MW，主要應用在薄板的劃線、刻蝕，鉆孔，表面處理，淬火，打標等。納秒激光器(脈寬較短，以下更適用于微觀精加工)：主要用在薄板的淬火、硅片/玻璃的切割等;皮秒激光器(脈寬達到皮秒級別)：峰值功率大于10MW，主要用于打黑、藍寶石/玻璃切割，光伏/OLED切割;飛秒激光器(脈寬達到飛秒級別)：峰值功率大于29MW,金屬薄板切割、鉆孔，高精度加工，眼科手術等。

來源：

激光器專題：光纖激光器的切割與焊接市場空間深度探討（29頁）.pdf

2022年全球光纖激光器市場格局及激光行業環境分析報告（33頁）.pdf

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