| cyqdesign | 2009-03-30 19:55 |
激光二極管技術(shù)推動(dòng)光纖激光器向高功率發(fā)展最近，高功率光纖激光器技術(shù)所取得的進(jìn)展與高亮度光纖耦合激光二極管的進(jìn)步緊密相關(guān)。今天，基于標(biāo)準(zhǔn)商用光纖、組件和976nm激光二極管，實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)為1μm的千瓦級(jí)光纖激光器已經(jīng)成為可能。人眼安全光纖激光器技術(shù)的發(fā)展，表明基于摻銩光纖和790nm泵浦激光二極管技術(shù)，將來(lái)很可能在2μm處實(shí)現(xiàn)千瓦級(jí)光纖激光器。 高功率激光二極管泵浦模塊 激光二極管泵浦模塊與光纖激光器間的常用接口是直徑100～200μm的光纖尾纖，其典型的數(shù)值孔徑為0.12～0.22。這些二極管尾纖通常被接入光纖合束器，以進(jìn)一步提高泵浦功率（見圖1）。  Seed laser：種子激光 Fiber-coupled pump modules：光纖耦合泵浦模塊（6 ×225W） （6＋1）to 1 combiner：（6＋1）進(jìn) 1 合束器 Yb-doped LMA fiber：摻鐿大模場(chǎng)面積光纖 High-power endcap assembly and collimator：高功率輸出與準(zhǔn)直器 圖1：基于商用光纖、組件和泵浦二極管的1kW主振蕩功率放大（MOPA）光纖激光器系統(tǒng)。長(zhǎng)期以來(lái)，直徑100μm的光纖僅用于耦合激光二極管單管。在超過(guò)900nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，光纖耦合單管的功率水平已經(jīng)穩(wěn)步增加到10W以上，但在790～810nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，其功率小于10W。雖然目前單管至100/105μm光纖的耦合效率達(dá)90%以上，但由于單管在垂直方向上并未填滿光纖（理論因子為10～20），這使得這種方式在亮度和光纖耦合功率方面都沒(méi)有達(dá)到最大值。 千瓦級(jí)高功率光纖激光器正在加快發(fā)展，隨著輸出功率的提高，這就需要更高亮度的泵浦模塊，隨之也就需要多個(gè)發(fā)光點(diǎn)的二極管陣列。這些新型高亮度二極管陣列具有增加的腔長(zhǎng)，并與高亮度匹配微光學(xué)元件相結(jié)合，使單陣列中的多個(gè)發(fā)光點(diǎn)耦合入直徑100μm的光纖中成為可能。使用這種方法的最新成果展示通過(guò)一種牢固可靠的、經(jīng)過(guò)工業(yè)驗(yàn)證的裝置中獲得了50W的功率輸出，其理論功率極限超過(guò)100W。由于采用這種陣列，這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了790nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的高亮度模塊（如5mm陣列輸出20W，10mm陣列輸出40W）。通過(guò)波長(zhǎng)鎖定和對(duì)光纖激光器的背反射光進(jìn)行保護(hù)，可以往模塊中加入自由空間光學(xué)系統(tǒng)。 為了實(shí)現(xiàn)千瓦級(jí)的輸出功率，光纖激光采用主振蕩功率放大（MOPA）結(jié)構(gòu)，這需要具有更高功率（大于200W）的泵浦模塊。由于這種設(shè)計(jì)中使用的光纖的直徑可以增加到200μm，上文中提到的高亮度多陣列模塊，可以作為構(gòu)建模塊（building block）以提高功率。通過(guò)光學(xué)疊加和偏振耦合，可將多個(gè)單元（6至10個(gè)）耦合到單根直徑為200μm、數(shù)值孔徑為0.2的光纖中。激光二極管產(chǎn)生的熱量通過(guò)一個(gè)大的銅制熱沉散發(fā)出去，從而可以使用工業(yè)用水或高性能半導(dǎo)體制冷器進(jìn)行冷卻，而不需要使用冷卻微通道疊層所需的去離子水。一個(gè)具有四個(gè)激光二極管陣列的976nm光纖耦合模塊，能通過(guò)200μm的光纖實(shí)現(xiàn)超過(guò)200W的功率輸出（見圖2）。  Power P(W)：功率P（W） | |