光纖激光器英文名稱為Fiber Laser，指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器，其中摻鐿光纖是高功率摻鐿光纖激光系統(tǒng)最核心的器件之一，然而隨著光纖激光器輸出功率的提升，各種穩(wěn)定性“殺手”比如橫向模式不穩(wěn)定（Transverse Mode Instability, TMI）、受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering, SRS）現(xiàn)象以及熱損傷等浮出水面。
不久前，凱普林光纖激光器產(chǎn)品總監(jiān)趙巨云線上分享《高功率光纖激光器前沿技術(shù)與創(chuàng)新應(yīng)用》，詳細(xì)描述了如何狙擊光纖激光器穩(wěn)定性“殺手”。本期，我們一起回顧。
光纖激光器主要由泵浦源、增益介質(zhì)（有源光纖）、諧振腔三大部分構(gòu)成。
諧振腔結(jié)構(gòu)光纖激光器原理：通過前向和后向的合束器，將泵浦半導(dǎo)體激光器LD的功率經(jīng)過光纖光柵（高發(fā)光柵HR、低反光柵OC）注入到摻鐿雙包層光纖（YDF）中。YDF中稀土離子吸收泵光后，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生自發(fā)輻射光，然后在光纖光柵對（HR-OC）的作用下形成受激輻射光放大產(chǎn)生激光，并經(jīng)過OC和輸出光纜QBH輸出出來。
放大器結(jié)構(gòu)光纖激光器原理：與諧振腔相似，所不同的是通過前級的種子源激光器來減少了系統(tǒng)對單元器件承受功率的要求。進(jìn)而可以得到更高的功率。
諧振腔結(jié)構(gòu)光纖激光器
放大器結(jié)構(gòu)光纖激光器
光纖摻雜特性影響（摻雜濃度和摻雜區(qū)域半徑） 暗化的影響信號特性的影響（信號光功率、信號強(qiáng)度噪音、信號初始高階模比例、信號光波長、信號強(qiáng)度調(diào)制） 泵浦特性影響（泵浦功率、泵浦波長、泵浦強(qiáng)度調(diào)制） 泵浦方式的影響（前向泵浦、后向泵浦、側(cè)向泵浦和雙向泵浦） 光纖材料的影響
光纖芯徑/包層直徑、光纖纖芯數(shù)值孔徑
高階模損耗
系統(tǒng)制冷能力
光纖保偏特性
信號光線寬
增強(qiáng)增益飽和（減小纖芯包層比、改變半導(dǎo)體泵浦源的波長、改變泵浦光注入方向、增加注入信號功率 、同帶泵浦、改變信號波長）
減少光纖熱源
增強(qiáng)光纖熱光性能
提高彎曲損耗（減少彎曲半徑、減小纖芯數(shù)值孔徑、優(yōu)化光纖盤繞方法、減少纖芯直徑、增加信號光波長）
優(yōu)化光纖設(shè)計
增加信號光譜寬
從整機(jī)來說，光纖激光器內(nèi)部由光、機(jī)、電三部分組構(gòu)成。光的構(gòu)成部分就是我在報告上提到三大塊：泵浦源、諧振腔、增益介質(zhì)，泵浦源就是半導(dǎo)體激光器，諧振腔就是通過光柵合束器構(gòu)成的，增益介質(zhì)就是有源光纖。 激光器內(nèi)部諧振腔熔點溫度高的原因其實很多，這是一個很復(fù)雜的工藝問題?？赡苁怯晒饫w的匹配、熔接質(zhì)量、泵浦吸收轉(zhuǎn)化這些因素造成的。對于這種光纖匹配來說呢，一般我們會選擇相同類型的光纖激光器，盡量芯徑相同，最起碼包層直徑更接近一些，這樣會減少熔接匹配損耗。還有熔接質(zhì)量，就是我們?nèi)劢訖C(jī)的各種熔接參數(shù)設(shè)置可以有很多優(yōu)化區(qū)域，通過大小調(diào)整等方法優(yōu)化參數(shù)。還有一個是泵浦轉(zhuǎn)化率，我們在選擇泵浦源、有源光纖的時候要做更多優(yōu)化。另外，整個散熱設(shè)計更優(yōu)的話，可以達(dá)到更好的效果。 切割是一個工藝過程，相對比較復(fù)雜，光纖激光器本身的輸出特性也很多，就像功率、光譜等這些因素每臺激光器是不一樣的，而這些因素都會對切割產(chǎn)生一定的影響。同時，切割的時候還涉及到切割頭、噴嘴、板材等等，這個綜合性的變量很多，所以很難說兩臺激光器切割效果一模一樣。但現(xiàn)在我們都在努力提升激光器的整體容差，切割工藝的容差提高了，面對各種變量也可以達(dá)到相對一致的切割效果，完全一致目前還是很難辦到的。
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