光纤激光器应用范围非常广泛,包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接(铜焊、淬水、包层以及深度焊接)、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设,作为其他激光器的泵浦源等等。
作为在工业及其它行业中应用非常广泛的光纤激光器,在过去的2012年当中其市场需求正在逐步提高。
根据有关调查显示,美国的市场需求自2012年第三季度以来明显有所改善,在受访者中,有74%表示市场将增长(第三季度的比例为50%)、13%表示持平(第三季度的比例为32%)、13%表示下降(第三季度的比例为18%)。2012年第四季度比上年同期实现了较高的一位数增长,超出了之前的许多预期。
报告表示,中国该季度的表现基本与去年同期持平,欧洲呈现出了中等水平的一位数增长,这主要是由于德国市场需求的疲软所致。新兴市场的表现相当强劲,实现了两位数增长,其中墨西哥市场继续保持强劲,巴西市场情况也在改观。同时报告也指出,光纤激光器继续获得市场认可,并且继续在市场中攻城拔寨,当然该部分市场的竞争也在加强。
目前,随着光纤通信系统的广泛应用和发展,超快速光电子学、非线性光学、光传感等各种领域应用的研究已得到日益重视。其中,以光纤作基质的光纤激光器,在降低阈值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面,已明显取得进步,是目前光通信领域的新兴技术,它可以用于现有的通信系统,使之支持更高的传输速度,是未来高码率密集波分复用系统和未来相干光通信的基础。目前光纤激光器技术是研究的热点技术之一。
光纤激光器作为新一代的激光技术,国外在这方面研究较早,同时也引领着技术的发展方向和趋势。接下来简单介绍国外光纤激光器的一些发展方向:
目前,掺镱双包层光纤激光器是国际上新近发展的一种新型高功率激光器件,由于其具有光束质量好、效率高、易于散热和易于实现高功率等特点,近年来发展迅速,并已成为高精度激光加工、激光雷达系统、光通信及目标指示等领域中相干光源的重要候选者。双包层掺镱激光器的主要激光增益介质是双包层掺镱光纤,因此双包层掺镱光纤的性能直接决定了该类激光器的转换效率和输出功率。例如,美国IPG公司已开发出700W 的掺镱双包层光纤激光器,现已推出2000W 的光纤激光器。
一、光纤激光器
光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器,光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来:在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度,造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”,当适当加入正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出。
1.1 光纤激光器的类型
按照光纤材料的种类,光纤激光器可分为:
1)晶体光纤激光器。工作物质是激光晶体光纤,主要有红宝石单晶光纤激光器和nd3+:YAG单晶光纤激光器等。
2)非线性光学型光纤激光器。主要有受激喇曼散射光纤激光器和受激布里渊散射光纤激光器。
3)稀土类掺杂光纤激光器。光纤的基质材料是玻璃,向光纤中掺杂稀土类元素离子使之激活,而制成光纤激光器。
4)塑料光纤激光器。向塑料光纤芯部或包层内掺人激光染料而制成光纤激光器。
1.2 光纤激光器的优势
光纤激光器作为第三代激光技术的代表,具有以下优势:
1)玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化优势。
2)玻璃光纤对人射泵浦光不需要像晶体那样的严格的相位匹配,这是由于玻璃基质Stark分裂引起的非均匀展宽造成吸收带较宽的缘故。
3)玻璃材料具有极低的体积面积比,散热快、损耗低,所以上转换效率较高,激光阈值低。
4)输出激光波长多:这是因为稀土离子能级非常丰富及其稀土离子种类之多。
5)可调谐性:由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽。
6)由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片,具有免调节、免维护、高稳定性的优点,这是传统激光器无法比拟的。
7)光纤导出,使得激光器能轻易胜任各种多维任意空间加工应用,使机械系统的设计变得非常简单。
8)胜任恶劣的工作环境,对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。
9)不需热电制冷和水冷,只需简单的风冷。
10)高的电光效率:综合电光效率高达20%以上,大幅度节约工作时的耗电,节约运行成本。
11)高功率,目前商用化的光纤激光器是六千瓦。
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