但是该种激光器的单模纤芯直径只有9um,而且只能采用端泵,无法承受太高的功率密度;另外,单模纤芯对LD 的模式提出了严格的要求,只有单模光才可以耦合进纤芯进行有效泵浦,可惜大功率单模LD 至今无法实现;最后,强泵浦光耦合在很细的纤芯里会出现严重的非线性效应,从而改变会改变光学性能和降低转换效率。由于该种激光器受到功率的影响,一直以来只局限于光通讯领域;同时由于巨大的行业差距,几乎无人曾敢把它与激光加工联想到一块。所以,大功率输出是光纤激光器发展的最大瓶颈,几乎所有的研究工作都在围绕这个问题展开。
尽管中国绝大部分人士是在2002 年以后才意识到高功率光纤激光器,可是俄罗斯至少潜心苦研了20 年后有了IPG 公司,英国也至少研究了30 年也有了SPI。他们在冷战时代都肩负着重要的国防使命,得到了国家的鼎立支持并一直是军事领域的绝密。
高功率光纤激光器
下图是来自俄罗斯技术的 IPG 公司的高功率光纤激光器的原理图,按激光器三大组成部分浅析如下:
图2 IPG光纤激光器原理图
工作物质-----双包层特种光纤:
1、单模纤芯由掺镱离子等元素的石英材料构成,作为激光振荡通道;而内包层则由横向尺寸和数值孔径比纤芯大的多、折射率比纤芯小的纯石英材料构成,它是接受多模LD 泵浦光的多模光纤;正是因为掺杂激活纤芯和接受多模泵浦光的多模内包层分开,才得以实现了多模光泵浦而单模光输出的可能,从而无形化解了激光功率和光束质量这一矛盾。
2、整个双包层光纤采用D 型等结构,旋光效应小,吸收充分,光光转换80%以上。