光纤激光器是干嘛的？组成、原理及用途介绍

1 光纤激光器是干嘛的

光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，属于固体激光器的一种，光纤激光器具有较高的光电转换效率、结构简单、光束质量好等特点，目前已成为激光技术发展主流方向和激光产业应用主力军。光纤激光器由于光纤体积、占地面积小，可使用场合广泛，在下游制造加工领域使用率较高。光纤激光器可用光纤直接导出，其加工适应性高，能适应任意空间加工应用;此外，光纤激光器的光束质量较优，能最大化的为制造业企业起到降本提效作用。

2 光纤激光器的优点

(1)可以将稀土元素吸收光谱中对应的高功率、低亮度的LD光源通过泵浦双包层光纤结构，输出高亮度单模激光。

(2)设计小巧灵活，转换效率高，在恶劣条件下工作。散热系统好。

(3)产生光束质量好、转换效率高、阈值低。

(4)可通过使用不同的稀土元素实现0.38-4um波段内的激光输出，波长选择容易且实现可调谐，调谐范围宽。

(5)与现有光通信系统匹配度高，耦合性好。

(6)成本低，光纤激光器由光纤器件和光纤组成，可大大降低结构成本。

2 光纤激光器的组成及工作原理

与其他类型的激光器一样，光纤激光器由增益介质、泵浦源和谐振腔三个部分组成。光纤激光器使用纤芯中掺杂有稀土元素的有源光纤作为增益介质。一般采用半导体激光器作为泵浦源。而谐振腔则一般利用反射镜、光纤端面、光纤环形镜或光纤光栅等器件构成。具体工作过程为：在工作状态下，有源光纤(增益光纤)通过吸收泵源提供的能量，经有源光纤和光纤光栅组成的谐振腔激励放大后输出激光。

(1)种子源：又称信号源，是激光放大系统中辐射放大的对象，提供低功率信号的激光作为“种子”让放大系统依照这个“种子”的状态进行放大。

(2)有源光纤：有源光纤作为增益介质，在光纤激光器中的作用为实现将泵浦光到信号光的能量转换实现放大作用。

(3)无源光纤：无源光纤主要实现光传输的作用，不参与波长的转换。在光纤激光器系统中，主要有光纤光栅、光纤隔离器中的无源匹配光纤和激光传能组件中的无源多模大芯径传能光纤等。目前国内供应商的无源光纤产品已基本完全可以满足生产需求，仅少量用于超高功率产品的无源光纤依然需要使用进口光纤。

4 光纤激光器核心光学器件

(1)泵源：可作为工业半导体激光器直接光源输出激光，也可作为泵浦光源，为光纤激光器提供高功率、高亮度的泵浦光

(2)泵浦合束器：能够将多个泵源的激光耦合入光纤，实现更高功率的泵浦激光输出

(3)能量合束器：能将多个高功率光纤激光器模块能量叠加，是实现多模激光合束输出的核心器件

(4)光纤光栅：一种通过一定方法使光纤纤芯的折射率发生轴向周期性调制而形成的衍射光栅，属于无源滤波器件，也是谐振腔的必要构成部件，决定激光的输出波长与带宽，可控制激光模式与光束质量

(5)激光输出头：能够将高功率激光在应用场地实现远距离柔性输出的重要部件，与加工系统进行兼容配合，从而将激光器产生的激光传输至加工材料上完成激光加工应用

(6)隔离器：能够有效保护激光器，有效的防止回返光损伤其他光学部件

(7)剥模器：可以有效的剥除激光器中的包层光，保护相关器件，提高输出激光光束质量声光调制器主要用于谐振腔内部，并通过射频驱动调制技术调制所需的激光脉冲，是调Q脉冲光纤激光器核心部件

(8)模式匹配器：用于连接两个不同类型光纤的核心器件，可以使得不同类型光纤的连接损耗降到最低，优化激光器模式模场的匹配性

5 光纤激光器的用途

按照工作方式来划分，光纤激光器又可划分为连续出光、脉冲出光。可用在切割、弧焊、淬火，打标等多种场景中

(1)连续激光器：出光是连续的，峰值功率达到120KW，主要应用在切割、弧焊、钎焊、打孔等等半连续激光器(QCW)：本质上还是脉冲出光，但是脉宽较长，峰值功率为23KW，主要应用在切割、弧焊、钎焊、打孔、金属淬火(提高金属延展性、降低直流电阻)，尤其适合在点焊、缝焊以及钻孔应用领域替代灯泵浦YAG激光器。用途上跟连续激光器有一定重叠。

(2)脉冲激光器又可以划分为纳秒、皮秒、飞秒脉冲激光器等。纳秒激光器(脉宽较长)：峰值功率为1MW，主要应用在薄板的划线、刻蚀，钻孔，表面处理，淬火，打标等。纳秒激光器(脉宽较短，以下更适用于微观精加工)：主要用在薄板的淬火、硅片/玻璃的切割等;皮秒激光器(脉宽达到皮秒级别)：峰值功率大于10MW，主要用于打黑、蓝宝石/玻璃切割，光伏/OLED切割;飞秒激光器(脉宽达到飞秒级别)：峰值功率大于29MW,金属薄板切割、钻孔，高精度加工，眼科手术等。

来源：

激光器专题：光纤激光器的切割与焊接市场空间深度探讨（29页）.pdf

2022年全球光纤激光器市场格局及激光行业环境分析报告（33页）.pdf

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