是當前工業
雷射界的熱門話題。由於其集高可靠性、高效率、低成本和高光束質量等優點於一身,因此光纖
雷射器有望引領雷射產業的一場變革。由電信行業的迅猛發展而帶動的高亮度
雷射二極體和光纖技術的發展,潛在地推動了光纖雷射器的進步。儘管我們目前還沒有看到由光纖雷射器所引發的變革,但是雷射二極體和光纖正在經歷一場變革,而光纖雷射器恰恰是這場變革中最引人注目的亮點。
用作泵浦源的雷射二極體有兩種類型:陣列發射型和單發射型。通常陣列發射雷射二極體棒長為1cm,含有50個100?m的雷射條,每個雷射條向自由空間的輸出功率約為1W。採用陣列發射雷射二極體,輸出功率密度高達50W/cm,這同時也對散熱問題提出了挑戰。但對泵浦晶體來說,陣列發射雷射二極體輸出光束的空間分布比較理想,並且價格適中。為了實現高亮度,可以通過光纖將一個或者多個雷射棒輸出的雷射進行耦合,但需要複雜的自由空間光學技術,並且成本較高,因此只能在小範圍內適用。工業雷射棒的額定使用壽命通常為10,000~20,000小時。
相比之下,單發射器雷射二極體從一個100?m的雷射條輸出雷射,直接耦合進入一個獨立的封裝,輸出功率高達10W。對於平均使用壽命大於10萬小時的雷射二極體,專用封裝則只是出於經濟上的考慮,要獲得更高的功率密度,只能採用功率更高的半導體雷射二極體。將光纖耦合的高亮度性和可靠性在900~980nm波段有機地結合起來,加上適中的價格,這些將為二極體泵浦光纖雷射器提供一個理想的平臺,而且這一波段早在上個世紀九十年代初就在電信領域實現了商用。
固體雷射器傳統上採用摻雜、棒狀晶體作為增益介質。最近的技術進步已經將雷射棒的縱向尺寸發展到了一個極致。盤形雷射器通常採用超短雷射棒,其目的是減小熱透鏡效應從而獲得高質量的光束輸出。相比之下,光纖雷射器卻可以通過在單模波導中無限制地延伸縱向尺寸從而實現質量更高的光束輸出。但是相比於已經實現商用的常用雷射棒,高性能的超短雷射棒和光纖的獲得則較為困難。
因為高亮度雷射二極體和光纖不同於傳統的雷射工業部件,因此傳統的工業雷射界不僅認為光纖雷射器是一個挑戰,同時也是一個威脅。相比之下,電信設備供應商對兩種技術的態度則較為溫和。說到底,光纖雷射器和摻鉺光纖放大器(EDFA)結構類似,只不過多了反射鏡而已。每年都有數以千計的EDFA部署在電信網絡中,並且以極低的故障率運行,其預期的連續運行時間長達12年,並且隨著需求的增加和技術的進步,EDFA的價格正在穩步下降。致力於雷射器光纖化的公司也希望新型的工業雷射器產生同樣的效果。
目前,光纖雷射器已經被很多新興應用廣泛採用。光纖是最顯著的增益介質,高亮度泵浦光通過光纖傳輸和注入損耗較低,光纖對光的密閉傳輸既可以保證有效地轉換泵浦能量,又可以實現將光直接傳輸到工件。整個平臺每一個部分均實現模塊化,模塊間的對接和裝配一目了然。相比之下,目前基於傳統雷射器的平臺不但光路複雜而且對環境比較敏感。
目前,光纖雷射器元件比以往發展得更為迅速。光纖是迄今為止發現的最適合傳導光的媒介。對工件進行立體加工時,利用光纖可以實現雷射器的遠程操作。利用光纖的波導特性作為載體來取代自由空間傳輸是一項新的技術創新。2007年1月20-25日在美國San Jose舉行的西部光電博覽會上,JDSU公司展示了FCD488型藍光雷射器,該雷射器將泵浦雷射二極體和非線性介質通過兩個光纖耦合蝶狀封裝連接起來。雷射二極體在亮度、輸出功率和可靠性方面的迅速進步,使得每瓦輸出的價格也在迅速下降,在許多曾經是傳統的氣體和固體雷射器叱吒風雲的領域,目前也能看到基於光纖耦合的二極體泵浦雷射器的身影。對於這些光纖耦合輸出的二極體雷射器,難道僅僅因為缺少幾米增益光纖,就不能稱之為光纖雷射器了嗎?
工業雷射器越來越多地利用光纖實現非線性變換和
Q開關功能,而這些功能以前均通過晶體實現。光纖雷射器目前能產生黃光、綠光甚至白光。新型調Q光纖雷射器由於其在近紅外和紫外波段可以實現高重複頻率的脈衝輸出,因此在標識和材料加工領域,光纖雷射器對傳統Nd:YAG和
CO2雷射器是一個巨大的挑戰。
因此,我們不應該狹義地理解光纖雷射器,而應該從一個全新的視角來認識它。將單發射泵浦源和光纖有機地結合起來,可以實現許多令人耳目一新的功能,並將最終實現二極體泵浦固體雷射器所具有的功能。不論您使用什麼類型的雷射器,在它的內部含有光纖的可能性將越來越大。