高功率光纤激光器的关键技术及应用

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1、第35卷，增刊红外与激光工程2006年10月Vbl．35SuppleIIlemIn劬red锄dL罄erEngiIlee血gOct．2006高功率光纤激光器的关键技术及应用刘德明，阎嫦玲(华中科技大学光电子科学与工程学院，湖北武汉430074)摘要：高功率光纤激光器单模输出功率可达到lkw，通过相干合束技术可以从多个光纤激光器获得几千瓦甚至几百千瓦的输出功率。高功率光纤激光器将使激光工业及国防应用产生革命性的变化。文中系统介绍了高功率光纤激光器的关键技术及其研究进展，阐述了在工业，航空业以及国防等领域的重要应用．关键词：光纤激光器；高

2、功率；关键技术；应用中图分类号：TN248文献标识码：A文章编号：1007—2276(2006)增C—0105-05KeytechnologiesandapplicationsforhighpowerfibrelaserLIUDe—ming，YANChang-1ing(In吼inI忙ofOp‘0dc咖nicsScic∞e＆Engineering，H眦honguniVe娼畸ofscien∞＆钕h∞Iogy’WuI舶430074，china)Abstract：Thehighpowerfiberl嬲ersprogr锄willdeVelop

3、觚ddemons仃atesiIlglemodefiberl舔erswitlloutputpowerSofonekilowatt丘Dmasillgleaperture．Tbnsofkilowattsoutputpower柚dc印abilitytoscaletogreatertll觚hundredsofkilowattsoutputpower锄dbeyondwillbedemons仃atedthroughcoherentcombiIlingoftheoutputpower疔ommultiplefiberl嬲ers．Highpowerfi

4、berlaserswiIlproVideaquantumleapillthelaseri11dustryanddefcnseapplication．Inthispaper'thekeytecllIlologies锄dtheprogressoftlleresearchforhigtlpowerfibrel懿ersarei11仃Dduced，弱weU船theapplicationsilltheiIldusnyandmilitaW．Keywords：Fibrel雏er；H砂power；KeytecllIlolog)，；Applicati∞

5、O引言光纤激光器的历史和激光器本身的历史几乎一样长。但是由于增益光纤和泵浦光源等技术上的限制，商用光纤激光器直到20世纪末才出现。20世纪70年代以来，随着光纤制备技术以及谐振腔结构的改进，光纤激光器有了很大的发展，特别是80年代中期英国南安普顿掺Er3+光纤的突破，光纤激光器的实用化成为可能，并显示出十分诱人的应用前景，受到人们的广泛重视。90年代开始出现了双包层掺杂光纤激光器的研究。20世纪末宝利来公司的研究人员采用包层泵浦技术，在实验室获得了100W的激光输出，使得光纤激光器的实牧稿日期：2006．08．2l作者简介：刘德明(

6、195卜)，男，湖北随州人，教授，博士，主要从事光电子器件与系统应用等的研究．106红外与激光工程：激光技术与应用第35卷用化进入实际阶段。2001年，SDL公司推出了第l台商用的拉曼光纤激光器，采用Yb包层泵浦激光器泵浦光栅式级联拉曼激光器的结构，根据这种结构可方便地设计出适合输出1．30岫、1．45岬的谐振腔结构。IPG光子公司采用类似的结构实现了l200～l600nm波段町选择任意波长的激光输出，输出功率达到了lOW。DMNovE．M．等人用掺有P205的光纤实现l240nm、l480nm处的激光输出。2003年6月，美国IP

7、G公司在德国激光展演示了一台1．1¨m，连续输出10kW的光纤激光器引起了业内的震撼!日前光纤激光器研究与开发主要集中在大功率双包层光纤激光器技术上。用双包层光纤实现大功率激光输出技术最初于1988年提出。高功率双包层光纤激光器呈现出以下发展趋势：(1)单根光纤输出功率从百瓦级向千瓦级发展，目前单根光纤激光仅在实验室实现了千瓦级功率输出，并且不是单横模；(2)从高功率连续光纤激光向高功率脉冲光纤激光器发展，从应用目标出发时，连续工作的光纤激光能提供的靶面功率密度较低，脉冲工作的光纤激光将会更为有用；(3)从常规的光纤激光组束技术向相

8、干组束技术发展。1双包层光纤01l双包层光纤(DCF)是高功率光纤激光器的关键部件，其结构如图l所示。双包层光纤的基本结构包括直径为lO～100扯m的掺杂纤芯，以及直径125～looO¨m、数值孔径约为0．45的内包层。设计双包层光纤