高功率鐳射技術論文

　　高功率光纖鐳射器與其他任何一種鐳射器相比，它的低成本、使用靈活等特點使其在工業界、醫學界等領域的競爭力遠遠超過其他鐳射器。下面是小編整理的，希望你能從中得到感悟!

　　篇一

　　高功率光纖鐳射器關鍵技術

　　摘要：高功率光纖鐳射器與其他任何一種鐳射器相比，它的低成本、使用靈活等特點使其在工業界、醫學界等領域的競爭力遠遠超過其他鐳射器。特別是1.55μm波長的光纖鐳射器應用於軍事發展更為迅猛.特種光纖技術、包層抽運耦合技術、光纖光柵技術、半導體抽運鐳射器技術和光纖鐳射器整機技術也成為了拓寬光纖鐳射器的研究領域和推動鐳射技術的發展的革新技術和關鍵技術。

　　關鍵詞：高功率光纖鐳射器關鍵技術

　　在光纖鐳射器的所有研究領域中，高功率光纖鐳射器其是最具有代表性的，最熱門的以及最具有應用前景的領域。目前，以包層抽運為核心技術的高功率光纖鐳射器已經走向實用化、產業化。光纖鐳射器以其高功率、高效率、寬波段、結構緊湊、運轉可靠、價效比高、全固化等優點，在光通訊、光感測、鐳射醫療、工業加工、航空航天、科學材料、光譜學以及軍事方面得到了廣泛的應用。特種光纖技術、及是高功率光纖鐳射器賴以生存的關鍵技術。

　　1、高功率光纖鐳射器關鍵技術

　　1.1特種光纖技術

　　隨著輸出功率的不斷提高，全光纖高光纖鐳射器需要使用雙包層有源光纖、雙包層光敏光纖、能量傳輸光纖等多種特種光纖，對特種光纖的技術要求也越來越高，因此，特種光纖的發展將在光纖鐳射器的發展中扮演重要角色。以光子晶體光纖為代表的新一代特種光纖會在光纖鐳射器的發展中逐步得到應用。特種光纖的發展，將使有源光纖的增益更高、承受的功率密度更大、對抽運光的吸收更有效;將使光柵的製作更容易、光柵的穩定性更好、使光柵在光纖鐳射器中的用途更廣泛;將使能量傳輸光纖能夠傳輸更高的功率，能夠將高功率鐳射傳送更遠的距離，能夠傳輸的波長範圍不斷拓展;將使抽運耦合更加容易實現，能承受的抽運功率更高，損耗更小等等。

　　1.2包層抽運耦合技術

　　全光纖高光纖鐳射器的包層抽運耦合技術對決定光纖鐳射器效能和水平具有不可估量的作用。用於大功率全光纖鐳射器的光纖抽運耦合器件和光纖功率合成器件，均在很高的功率條件下使用，其耦合效率必須很高，損耗必須很小，承受的功率必須很大，並且，輸入光的路數還需要儘可能的多。在如此眾多的極限條件要求下，製作優質的抽運耦合器件和功率合成器件具有很高的難度，不過，實現的方式方法也多種多樣，這是一項富有挑戰性的技術。從大功率全光纖鐳射器的發展趨勢來看，還要求抽運耦合器件在將抽運光耦合到內包層的同時，儘量不影響和損害雙包層光纖的纖芯，因為只有這樣才能在不影響訊號鐳射的產生和傳輸的情況下實現級聯抽運，實現超大功率的輸出。因此，發展對纖芯影響最小的抽運耦合技術是抽運耦合器件的發展方向。對於光纖功率合成器件，所追求的目標就是不斷提高合成的光功率。

　　1.3光纖光柵技術

　　光纖光柵在全光纖鐳射器中，目前的作用是反射纖芯中的訊號鐳射器形成諧振腔，不過，隨著光纖鐳射器技術的進一步發展，光纖光柵在光纖鐳射器中會有新的用途，從而對光纖光柵的製作技術提出新的挑戰，其中值得關注的方向之一，是在大芯徑多模光纖上製作高質量的光纖光柵。

　　1.4半導體抽運鐳射器技術

　　半導體抽運鐳射器是光纖鐳射器的關鍵器件，對光纖鐳射器的可靠性、壽命和製作成本等影響至關重要，發展單條寬發光區長壽命半導體抽運鐳射器已經成為光纖鐳射器用半導體抽運鐳射器的一種趨勢，不斷提高單個鐳射器的輸出功率、不斷降低成本和進一步提高可靠性是重點。

　　1.4.1單發射LD的光纖的耦合

　　一種是將列陣鐳射器的每個發射單元分別與單芯光纖耦合，其輸出端為一束光纖的緊密排列面***通常為六邊形結構***，再把光纖束中的光耦合到一根光纖中，如Lumics公司宣佈推出LU0940C1000高功率泵浦二極體鐳射器系統，輸出功率為 1kW。該系統內部採用了多個單發射器鐳射二極體模組例如光纖束或者泵浦合束器。

　　1.4.2鐳射列陣的耦合

　　大功率二極體的光束質量很差，在兩個方向上的發散性差異很大，對於一個幾十瓦的條形bar，一組典型的引數為：bar由19個單管半導體鐳射器組成，每個單管的長度為150微米，相鄰單管之間的距離為500微米。鐳射在快軸方向上的發散角為40°，慢軸方向上的發散角為6°。光束質量很差，不僅無法直接應用，而且無法用簡單的透鏡耦合法直接耦合到一根小於2.4mm、NA=0.22的光纖中。

　　要想將大功率半導體鐳射器的光耦合進光纖中，必須經過光束整形，列陣鐳射器的單芯光纖耦合輸出涉及較為複雜的輸出光束變換，其目的是將鐳射器的輸出光束質量的嚴重不對稱性經過適當的光學變換系統予以有效的對稱化，以滿足單芯圓形光纖的耦合。其耦合結構示意圖如圖1所示。

　　1.5光纖鐳射器整機技術

　　全光纖鐳射器的整機設計和製作所涉及的知識、內容、技術、工藝和經驗較多，是全光纖鐳射器設計和製作最核心、最關鍵的技術，尤其在新型大功率全光纖鐳射器的發展歷史還相當短暫的今天，還有大量開創性的工作需要進行。進行全光纖鐳射器的整機設計和製作，不但需要面向應用進行合理設計，而且肩負著整機結構和方案的改進創新重任、肩負著各重要部件和關鍵技術的改進和創新重任。目前在世界範圍內，進行光纖鐳射器整機設計和製作的廠家均在創新上有大量的投入。

　　2、展望

　　高功率、高質量鐳射武器一直是軍事領域研究的重點，高功率光纖鐳射器以其高亮度、照射面積小、體積小等優點越來越受到重視，並有取代目前看好的化學武器和生物武器的趨勢。作為武器，高功率光纖鐳射器的輸出能量高度集中，光功率密度可達到MW/cm2，足以摧毀任何堅固的目標。目前，美國、日本等國的科學家都在致力於千瓦級鐳射武器的研製工作。可以預見，隨著相關技術的完善，光纖鐳射器將向更廣闊的領域發展，並有可能成為替代固體鐳射器和半導體鐳射器的新一代光源，形成一個新興的產業。

　　參考文獻：

　　[1]張月清，王立軍. 半導體鐳射器進展[M]. 北京：科學出版社，2002.

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