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光纖激光器

光纖激光器的特點

星之球激光 來源:光電社區2012-02-01 我要評論(0 )   

與傳統的固體激光器相比,光纖激光器體積小,壽命長,易于系統集成,在高溫高壓,高震動,高沖擊的惡劣環境中皆可正常運轉,其輸出光譜具有更高的可調諧性和選擇性。 1...

與傳統的固體激光器相比,光纖激光器體積小,壽命長,易于系統集成,在高溫高壓,高震動,高沖擊的惡劣環境中皆可正常運轉,其輸出光譜具有更高的可調諧性和選擇性。
1) 增益介質的表面積/體積比大
光纖激光器采用光纖做增益介質,具有很大的表面積/體積比,這使其具有非常好的散熱性能,因此,即使非常高功率的光纖激光器,增益介質也不會受到熱損害,一般無需對增益介質采取特別的散熱措施,而其他種類的激光器,增益介質的散熱問題是需要重點考慮的,因此,該特點是光纖激光器所獨有的。
2) 優異的雙波導限制機制
高功率光纖激光器采用雙包層有源光纖,這種雙包層光纖是一種雙波導結構,高功率的多模泵浦光被限制在直徑較大的內包層中傳輸,為采用高功率廉價的多模泵浦光提供了條件,信號激光在直徑很小的具有圓對稱波導結構的纖芯中產生和傳輸,在小芯徑纖芯波導的限制下,信號激光可獲得理想的光束質量和極小的出光光斑直徑,這是光纖激光器獨具吸引力的重要特點,在高功率激光器中,目前還沒有一種激光器能夠超越。優異的光束質量和極小的出光光斑直徑在激光應用中具有非常重要的意義,可使后續應用設備的光學系統更簡單,體積更小,工作距離更長,激光聚焦光斑更小,工作效率更高,加工深度更深,加工質量更好等等。
3) 固有的全封閉柔性光路
光纖激光器的光路全部由光纖和光纖元件構成,光纖和光纖元件之間采用光纖熔接技術連接,整個光路完全封閉在光纖波導中。這種天然的全封閉性光路一旦形成,無需另加隔離措施即可自成體系,實現與外界環境的隔離。由于光纖細小并具有很好的柔性,光路可盤繞和沿細小的管道穿行,因此,光纖激光器能夠在比較惡劣的環境下工作,輸出光可穿過狹小的縫隙或沿細小的管道進行遠距離傳輸。這些特點在工業應用中優勢巨大,激光器不但能適應比較惡劣的工作環境,而且可使激光器遠離出光點,可將激光引入到以前很難到達的地方,可非常容易移動和改變出光點,實現多加工點共用一臺激光器,可使激光加工設備的設計具有更高的靈活性等等。
4) 光路具有免維護特性
如前所述,光纖激光器的光路全部由光纖和光纖元件構成,光纖和光纖元件之間采用光纖熔接技術連接,因此,光路一旦完成,即形成一個整體,實踐證明,這樣形成的連接結構和連接參數將長期保持穩定,如果光纖和光纖元件本身能有長期穩定性,整個光路將長期穩定,無需維護。需要特別指出的是,這種免維護的特性并非不可維護和維修,在需要的情況下,整個光路的維護和維修同樣可以進行,因此,與氣體和固體等激光器需要頻繁的維護和維修相比,光纖激光器光路的免維護特性異常優異,而與半導體激光器的不可維修性相比,光纖激光器的可維護性和可維修性又表現出明顯的優勢。
5) 單條寬發光區長壽命多模泵浦激光器
光纖激光器的光路具有長期的穩定性,因此,需要與之匹配的長壽命泵浦激光器才能獲得整機的長壽命。發展低價格的長壽命多模泵浦激光器是發展長壽命光纖激光器的重點。單條寬發光區多模泵浦激光器就是根據這一理念而設計的一種長壽命半導體泵浦激光器,其條寬一般取100mm,基本上已接近105/125多模光纖的纖芯直徑,其有源區條寬是列陣半導體激光器的幾十倍,對單一發光條來說,同樣輸出功率和同樣注入電流情況下,其光功率密度和電流密度將降低幾十倍,有源區溫度也會有所降低,在忽略其他因素的前提下,單條寬發光區半導體泵浦激光器降低失效率的作用是異常顯著的。目前尾纖輸出功率大于5W的單條寬發光區半導體泵浦激光器的平均無故障工作時間已經達到50萬小時以上。
6) 壽命長
從前面的討論我們已經知道,采用單條寬發光區半導體泵浦激光器作為光纖激光器的泵浦源,光纖激光器將具備長壽命的特點,因此,制作具有幾十萬小時的長壽命光纖激光器在技術上已經可行。
7) 體積小重量輕
光纖激光器由于光路可盤繞,光路占用空間較小,在采用單條寬發光區半導體泵浦激光器做泵浦源的情況下,泵浦激光器可分散安裝,具有很好的散熱特性,在安裝密度不高的情況下,采用風冷即可,在安裝密度較高的情況下,只需少量通水即可滿足散熱要求,因此,光纖激光器的體積比同樣輸出功率的氣體和固體激光器系統更小,重量更輕。
8) 輸出功率大
光纖激光器輸出功率在突破100W以后,輸出功率水平飛速增長,只用了三年多時間,達到的輸出功率水平已經超過了YAG固體激光器和CO2氣體激光器用三十多年達到的輸出功率水平,目前光纖激光器的實驗室水平已經超過10萬瓦,3萬瓦的光纖已經商品化,已經銷售的光纖激光器,輸出功率為17000W。可以預見,光纖激光器將成為長時間連續輸出功率最大的激光器。
9) 節水節電節成本
光纖激光器具有優異的熱性能,電光效率較高,節水節電,尤其重要的是可長期免維護使用,可節約大量維護經費和時間,提高工作效率。
10) 造價不斷降低
光纖激光器的光路全部由光纖和光纖元件構成,由于原料易得,在技術、產品和市場成熟之后,可大幅度降低成本。除光路部分外,半導體泵浦激光器是構成光纖激光器成本的主要部分,從光通信的發展歷史和經驗來看,隨著技術的發展和市場容量的不斷擴大,大幅度降低半導體泵浦激光器的成本將成為必然趨勢。
光纖激光器的類型 按照光纖材料的種類,光纖激光器可分成一下幾種類型:
一:晶體光纖激光器 工作物質是激光晶體光纖,主要有紅寶石單晶光纖激光器和nd3+:YAG單晶光纖激光器等;
二:非線性光學型光纖激光器 主要有受激喇曼散射光纖激光器和受激布里淵散射光纖激光器;
三:稀土類摻雜光纖激光器 光纖的基質材料是玻璃,向光纖中摻雜稀土類元素離子使之激活,而制成光纖激光器;
四:塑料光纖激光器 向塑料光纖芯部或包層內摻入激光染料而制成光纖激光器。
光纖激光器的迅速發展是基于近年來的光纖技術{拉晶體光纖技術、稀土摻雜光纖技術、單摸低損耗光纖和光纖耦合技術等}和大功率半導體激光技術的突破性進展。特別是采用半導體激光二極管(ld)作為泵浦源,以其小體積和高效率為光纖激光器的實用化奠定了基礎。
目前,光纖激光器已進入實用化階段,已見有連續輸出功率幾千瓦,峰值功率幾萬千瓦。
 

 

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