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光纖激光器是如何技術(shù)優(yōu)化的？
?。?）連續(xù)光纖激光器結(jié)構(gòu)優(yōu)化
1、空間光泵浦結(jié)構(gòu)
早期的連續(xù)光纖激光器大多采用光泵輸出和激光輸出，其輸出功率較低。很難在短時(shí)間內(nèi)快速提高光纖激光器的輸出功率。1999年，光纖激光器研發(fā)領(lǐng)域的輸出功率頭次突破10000瓦。連續(xù)光纖激光器的結(jié)構(gòu)主要采用光雙向泵浦形成諧振腔。根據(jù)研究，光纖激光器的斜率效率達(dá)到58.3%。
然而，雖然利用光纖泵浦光和激光耦合技術(shù)開發(fā)光纖激光器可以有效提高光纖激光器的輸出功率，但它也具有復(fù)雜性，不利于光學(xué)透鏡構(gòu)建光路。一旦需要在構(gòu)建光路的鏈路中移動(dòng)激光器，也需要重新調(diào)整光路。這一問題限制了具有光泵浦結(jié)構(gòu)的光纖激光器的廣泛應(yīng)用。
2、直接振蕩器結(jié)構(gòu)和MOPA結(jié)構(gòu)
隨著連續(xù)光纖激光器的發(fā)展，包層功率剝離器逐漸取代了透鏡組件，簡化了連續(xù)光纖激光器的開發(fā)步驟，間接提高了光纖激光器的維護(hù)效率。這一發(fā)展趨勢標(biāo)志著光纖激光器正逐步走向?qū)嵱没?。直接振蕩器結(jié)構(gòu)和MOPA結(jié)構(gòu)是市場上很常見的兩種光纖激光器結(jié)構(gòu)。直接振蕩器的結(jié)構(gòu)是光柵在振蕩過程中選擇波長，然后輸出選定的波長，而MOPA將光柵選擇的波長作為種子光，種子光在主放大器的作用下被放大，從而在一定程度上提高光纖激光器的輸出功率。長期以來，MPOA結(jié)構(gòu)的光纖激光器一直是高功率光纖激光器的結(jié)構(gòu)。然而，隨后的研究發(fā)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)中的高功率輸出很可能導(dǎo)致光纖激光器內(nèi)部空間分布不穩(wěn)定，并且輸出的激光亮度會(huì)受到一定程度的影響。該因素還直接影響高功率輸出的效果。
?。?）CO波段泵浦技術(shù)的發(fā)展
在早期的摻鐿光纖激光器中，泵浦波長通常為915nm或975nm，但這兩個(gè)泵浦波長是鐿離子的吸收峰，因此稱為直接泵浦。直接泵浦沒有得到廣泛應(yīng)用的原因是量子損耗大。同波段泵浦技術(shù)是直接泵浦技術(shù)的擴(kuò)展，其中泵浦波長和發(fā)射波長之間的波長相似，同波段泵浦的量子損耗率小于直接泵浦。在同波段泵浦技術(shù)的基礎(chǔ)上，將把單模光纖激光器的輸出功率提高到10kW。
3、高功率光纖激光器技術(shù)發(fā)展的瓶頸
雖然連續(xù)光纖激光器在醫(yī)療等行業(yè)具有很高的應(yīng)用價(jià)值，中國通過近30年的技術(shù)研發(fā)推動(dòng)了光纖激光器的廣泛應(yīng)用，但要使光纖激光器輸出更高的功率，現(xiàn)有技術(shù)仍存在許多瓶頸，如單光纖單模光纖激光器的輸出功率能否達(dá)到36.6kw；泵浦功率對光纖激光器輸出功率的影響；熱透鏡效應(yīng)對光纖激光器輸出功率的影響等。此外，光纖激光器高功率輸出技術(shù)的研究還應(yīng)考慮橫模穩(wěn)定性和光子暗化效應(yīng)。通過研究證明，橫模不穩(wěn)定性的影響因素是光纖加熱，光子變暗效應(yīng)主要是指當(dāng)光纖激光器連續(xù)輸出數(shù)百瓦或數(shù)千瓦功率時(shí)，輸出功率將呈現(xiàn)快速下降的趨勢，并且對光纖激光器的連續(xù)高功率輸出有一定的限制。雖然國內(nèi)外對光子暗化效應(yīng)的具體原因尚未明確定義，但大多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為氧缺陷中心和電荷轉(zhuǎn)移吸收可以導(dǎo)致光子暗化效應(yīng)。
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