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三、從國內(nèi)千瓦光纖激光試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，高功率單模固體激光仍然沒有實(shí)現(xiàn)

圖一是網(wǎng)上提供的一張照片，科學(xué)院某研究所1000瓦全光纖激光器作的一次損傷試驗(yàn)，從圖我估計(jì)切縫大概1——2毫米，激光束會聚光斑也應(yīng)在這范圍；最多大約6毫米的景深，錐度明顯。下面是簡單的推論;

第一、全光纖激光的增益光纖芯直徑20微米，NA0.06，輸出激光的光斑直徑20微米，全角度小于120毫弧度。

第二、使用有效通光孔徑120毫米的透鏡，將20微米直徑激光會聚成1或2毫米光斑，會聚鏡頭與會聚點(diǎn)的距離大約50或100米；會聚鏡頭為12毫米時，距離5或10米。

第三、會聚光斑的錐度是千分之1.2或0.6，疑問一是圖一所示的試驗(yàn)，切縫應(yīng)該幾乎看不出錐度，而圖一中的切縫錐度明顯。

第四、激光束的直徑20微米、發(fā)射全角小于120毫弧度即小于2.4毫米毫弧度，這樣的激光相當(dāng)于56千瓦單模CO2激光器，即使3000瓦近單模CO2激光的切縫遠(yuǎn)小于2毫米，錐度也比這個試驗(yàn)效果要好。

第五、我們可以認(rèn)為這臺光纖激光器，由于泵光吸收不充分，其它各種因素影響，1000瓦激光中還有相當(dāng)一部分是400微米包層中發(fā)出的光。我把這種不利因素夸大，1000瓦光功率中，僅有100瓦是直徑20微米增益光纖中發(fā)出的激光，即使這樣這100瓦的激光也相當(dāng)于3000瓦單模CO2激光器發(fā)出的光，這已經(jīng)是目前最好的單模CO2激光器了，但是這臺全光纖激光器的試驗(yàn)結(jié)果，遠(yuǎn)比這差。

反過來我們考慮400微米直徑、NA0.46光纖發(fā)出的1000瓦激光，會聚成直徑1或2毫米的光斑后：

第一、會聚成直徑1或2毫米的光斑，光斑擴(kuò)大2.5倍或5倍，束散角半角變?yōu)?00毫弧度或100毫弧度。

第二、考慮鋼柱直徑13毫米，這束會聚光束傳輸6毫米以后，光束直徑增加為3.4毫米或3.2毫米。這樣，這個試驗(yàn)結(jié)果和400微米包層光纖輸出的1000瓦激光相符。

根據(jù)上述分析，可以初步考慮該1000瓦全光纖激光器的輸出光束，近似400微米、NA0.46光纖輸出的光束。

四、結(jié)束

激光在工業(yè)加工中，取決定作用的是激光器的亮度，單位（毫米*毫弧度）2輸出功率，而不是單一的激光器輸出功率指標(biāo)。單模固體激光（燈泵、DPL、DISK和光纖激光器）是1.35毫米*毫弧度，CO2激光是13.5毫米*毫弧度，相同功率時固體激光器的極限亮度是CO2激光器的100倍，現(xiàn)實(shí)激光加工市場中的固體激光器遠(yuǎn)沒有達(dá)到1.35毫米*毫弧度極限，甚至還達(dá)不到CO2激光器的光束質(zhì)量。盡管IPG公司的千瓦光纖激光器、SPI公司的200瓦光纖激光器、通快公司的3000瓦DISK激光器，樣本上報道的數(shù)據(jù)是單模或近單模，但是在實(shí)際切割金屬材料中，并沒有被用戶接受，即使這些公司自己報道的數(shù)據(jù)也不過和CO2激光實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)在一個數(shù)量級。事實(shí)是從幾十瓦至千瓦單模固體激光仍然是一個沒有達(dá)到的難題。至少是在激光加工應(yīng)用中，30瓦以上的單模固體激光器加工技術(shù)有待研究開發(fā)。

從公式（一）可見，激光武器也取決于激光器的亮度和發(fā)射天線有效通光面積（D2），有效通光孔徑1500毫米的發(fā)射天線，100公里處單模Nd:YAG激光會聚光斑直徑90毫米，10公里處9毫米。這就告訴我們幾兆瓦的氧碘激光器，摧毀100公里外的起飛段的導(dǎo)彈幾乎沒有可能。第一、氧碘激光要達(dá)到單模，增益直徑需要小于0.8毫米，輸出2個兆瓦這是很困難的，增益區(qū)的功率密度達(dá)到了十的9次方瓦/平方厘米；第二、即使是單模，這樣的功率密度還不能夠瞬間摧毀目標(biāo)，需要跟蹤一段時間，跟蹤同樣是一個成像的極限分辨率，幾乎沒有實(shí)現(xiàn)的可能。但是將這樣的激光器用于10公里以內(nèi)的近地防空，單模會聚光斑直徑是10毫米，功率密度達(dá)到2兆瓦，就可以在瞬間摧毀飛行目標(biāo)。

中篇我將分析燈泵固體激光、端泵和側(cè)泵固體激光、DISK激光器為什么沒有不能夠?qū)崿F(xiàn)單模大功率輸出。比較詳細(xì)分析光纖激光器，回答為什么會出現(xiàn)上述現(xiàn)象。下篇根據(jù)中篇分析得出的固體激光器的缺陷提出幾種全新的固體激光器的設(shè)計(jì)。