在世界范围内,光纤激光器的技能方案现已表现出全光纤结构的显着趋向,这种光路全部由光纤和光纤元件构成的全光纤激光器,从激光的产生到激光的传输,全部在柔软的光纤中进行,从而表现出了众多显著的优越性。
全光纤激光器是光纤激光器实用化和工业化的很佳途径,也是现在 进入商业化和工业化的技能方案。发展全光纤激光器触及双包层光纤、包层泵浦耦合、光纤光栅、大功率多模泵浦半导体激光器和光纤激光器整机5大关键技能,这5大关键技能中有4大关键技能与光纤技能密切相关。
2.1全光纤激光器的典型光路结构和光纤功率组成技能
图2为采用光纤功率组成技能制作多模光纤激光器的光路示意图,采用这种技能,可将多个单模连续光纤激光器的输出功率组成起来,获得数万瓦或更高的光功率输出并且光束质量良好。
全光纤激光器具有许多显著特色,这使其在众多方面展现出显着的优势:
光纤激光器采用光纤做增益介质,具有很大的表面积/体积比,这使其具有十分好的散热性能,因而,即使十分高功率的光纤激光器,增益介质也不会受到热损害,一般无需对增益介质采取特别的散热措施,而其他种类的激光器,增益介质的散热问题是需要要点考虑的,因而,该特色是光纤激光器所独有的。
高功率全光纤激光器采用双包层有源光纤,这种双包层光纤是一种双波导结构,高功率的多模泵浦光被约束在直径较大的内包层中传输,为采用高功率廉价的多模泵浦光提供了条件,信号激光在直径很小的具有圆对称波导结构的纤芯中产生和传输,在小芯径纤芯波导的约束下,信号激光可获得抱负的光束质量和极小的出光光斑直径,这是全光纤激光器独具吸引力的重要特色,在高功率激光器中,现在还没有一种激光器能够超越。优异的光束质量和极小的出光光斑直径在激光使用中具有十分重要的含义,可使后续使用设备的光学系统更简单,体积更小,工作间隔更长,激光聚焦光斑更小,工作效率更高,加工深度更深,加工质量更好等等。
全光纤激光器的光路全部由光纤和光纤元件构成,光纤和光纤元件之间采用光纤熔接技能衔接,整个光路完全封闭在光纤波导中。这种天然的全封闭性光路一旦形成,无需另加隔离措施即可自成体系,实现与外界环境的隔离。由于光纤细小并具有很好的柔性,光路可盘绕和沿细小的管道穿行,因而,全光纤激光器能够在比较恶劣的环境下工作,输出光可穿过狭小的缝隙或沿细小的管道进行远间隔传输。这些特色在工业使用中优势巨大,激光器不但能适应比较恶劣的工作环境,而且可使激光器远离出光点,可将激光引入到曾经很难到达的地方,可十分容易移动和改变出光点,实现多加工点共用一台激光器,可使激光加工设备的设计具有更高的灵活性等等。
如前所述,全光纤激光器的光路全部由光纤和光纤元件构成,光纤和光纤元件之间采用光纤熔接技能衔接,因而,光路一旦完成,即形成一个整体,实践证明,这样形成的衔接结构和衔接参数将长时间保持稳定,如果光纤和光纤元件本身能有长时间稳定性,整个光路将长时间稳定,无需保护。需要特别指出的是,这种免保护的特性并非不可保护和维修,在需要的情况下,整个光路的保护和维修同样可以进行,因而,与气体和固体等激光器需要频繁的保护和维修比较,全光纤激光器光路的免保护特性异常优异,而与半导体激光器的不可维修性比较,全光纤激光器的可保护性和可维修性又表现出显着的优势。
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