光纤激光器原理(激光泵浦源工作原理)

深入分析：详细讲解两种超高功率光纤激光器

近年来，国内激光技术不断突破，光纤激光器的国产化率不断提高，打破了国外企业在光纤激光器领域的垄断，迫使同类进口产品价格下降50%，进一步推动了光纤激光器的普及。从市场份额来看，2018年大功率光纤激光器销量增加，国产化比例提高到33%左右。自2019年以来，设备制造商已经从尝试国产超高功率激光器转变为直接将其投入终端批量处理。

随着国产超高功率光纤激光器技术的成熟和稳定，国产超高功率万瓦光纤激光器得到了越来越多业内人士的认可。超高功率光纤激光器常见的技术方案分为单光纤放大输出和多模块合成输出。每种扩增方法都有各自的优缺点：

一、单纤放大输出

同带泵浦技术

基于同带泵浦技术的单光纤万瓦全光纤激光系统的主要工作原理是三级或多级放大。主振荡器(种子源)、半导体激光器泵浦的光纤放大器、同频泵浦光纤放大器和泵浦滤波器依次相连，QBH输出光纤激光器。整个系统理论上易于实现，但实际上放大级越多，光纤要求的激光密度越高，如光路系统复杂、非线性效应明显、可扩展性差、功率输出受限等。

多芯光纤合成技术

多泵浦合束器控制的大功率多芯掺杂双包层光纤激光器解决了普通光纤激光器中单根光纤输出功率低、光束质量差的问题，但该方案的缺点是多芯光纤制备困难、热量管理困难、可扩展性差、功率输出受限。

GT-Wave技术

基于GT-Wave光纤的光纤激光技术可以利用双向激光提高泵浦的转换效率，但GT-Wave制造困难、热量管理困难、扩展性差、功率输出受限。

二、多模块合成

主动相干合成

功率放大相干合成技术利用同源种子，通过三级分布式放大和相干合成，实现万瓦激光输出。光的相干性很好，但是这项技术对光路系统的稳定性和相位同步控制提出了很高的要求。

全光纤被动合束

全光纤无源组合技术通过组合多个高功率光纤激光器实现1万瓦激光功率输出。整个方案具有结构紧凑、结合效率高、稳定可靠的优点。该合成方法采用多个激光模块进行扩展，模块化设计可扩展性强，整个系统稳定性高，易于工程化，这也是蒋木木西丽激光超高功率光纤激光器采用的技术方案。

三、创鑫激光超高功率激光器

高性能半导体泵浦源

泵浦源是激光器的心脏。通过芯片封装技术的全面突破，蒋木木西丽激光研制出了高性能、高亮度的半导体泵浦源，输出纤芯直径135微米，最大功率500W，功率密度提高2倍。

高功率合束技术

大功率激光合束技术的成功应用，为创新激光实现万瓦超高功率激光提供了技术保障。这项技术在三年多的时间里被R&D团队改进了数百次，逐渐消除了斑点分化、偏心、填充不足、局部凹陷等现象。获得完美的光斑分布。目前可实现单臂输入5000瓦，总输出功率为瓦，平均效率为99%，内部温度为45。

光斑形态可调技术

针对不同的用户和应用场景，蒋木木西丽激光可以定制产品的光斑，兼顾薄板和厚板的切割性能；光斑整形技术还可以实现光斑能量的环形分布，并且可以优化环形光斑的深度以满足特殊的工艺要求。

超高功率激光输出头

与超高功率激光器配套的激光输出头由蒋木木西丽激光自主研发，经过数十种设计，采用全新的双层密封水冷循环，可实现80%的回光消除率。为了保证质量，制造中必须严格控制几十项可靠性试验、30多个精益流程和几十项质量检查。

模块化结构设计

蒋木木西丽激光器的超高功率光纤激光器由多个单模块组成，每个单模块采用光电模块分离设计，使得后期维护更加方便，可以现场快速更换相关模块。目前，蒋木木西丽激光器已经实现了国产大功率单模块激光器的批量生产能力，可以用最少的模块数组合成1万瓦光纤激光器，使1万瓦光纤激光器体积更小，内部结构更紧凑，性能更稳定。

目前，蒋木木西丽激光超高功率光纤激光器在设计、技术和器件上具有一定优势，现已拥有一整套万瓦光纤激光器产品系列，形成了独特的生产体系。未来，创新激光将在超高功率光纤激光器的发展上不断创新，使国产超高功率光纤激光器在世界先进制造加工领域得到更广泛的应用。

北京师范大学