什么是光纤激光器？光学、特性、类型、用途、成本

从本文中您将了解光纤激光器的定义、特点、原理、类型、光学、成本以及在切割、雕刻、标记、焊接、清洁中的用途。

什么是光纤激光器？

光纤激光器是一种采用稀土元素掺杂的玻璃光纤作为增益介质的固体激光器，具有光电转换效率高、结构简单、光束质量好等特点，已成为当今激光技术发展和产业应用的主流。由于光纤占用空间小，因此适用场合非常广泛，在下游制造加工领域的使用率很高。光纤激光器加工适应性强，可适用于任何应用领域，而且光束质量较好，可为制造企业最大程度发挥降本增效的效果。

光纤激光器特点

• 采用相应高功率、低亮度的稀土元素吸收谱LD光源，通过双包层光纤结构泵浦，输出高亮度单模激光。

• 设计小巧灵活，转换效率高，具有良好的冷却系统，可在恶劣的条件下工作。

• 产生的光束质量好、转换效率高、阈值低。

• 利用不同的稀土元素可实现0.38-4um波段的激光输出，波长选择方便且可调谐，调谐范围宽。

• 与现有光通信系统匹配程度高，耦合性好。

• 采用光纤器件和光纤成本低，可大大降低结构成本。

组成与原理

光纤激光器和其他类型的激光器一样，由增益介质、泵浦源、谐振腔3部分组成。它采用纤芯中掺杂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。谐振腔一般由反射镜、光纤端面、光纤环镜或光纤光栅等组成。具体工作过程为：工作状态下，有源光纤（增益光纤）吸收泵浦源提供的能量，经有源光纤和光纤光栅组成的谐振腔放大后输出激光。

种子来源

又称信号源，是激光放大系统中辐射放大的对象，提供小功率信号的激光器作为“种子”，让放大系统按照这个“种子”的状态进行放大。

有源光纤

有源光纤作为增益介质，其作用是实现泵浦光到信号光的能量转换，实现放大。

无源光纤

无源光纤主要实现光传输功能，不参与波长转换。在光纤激光系统中，主要有光纤光栅、光纤隔离器中的无源匹配光纤、激光能量传输组件中的无源多模大芯径能量传输光纤。目前，国内供应商的无源光纤产品基本可以满足生产需要，只有极少量用于超高功率产品的无源光纤仍需使用进口光纤。

光纤激光光学元件

泵浦源

可作为工业半导体激光器的直接光源输出激光，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。

泵组合器

可以将多个泵浦源的激光耦合到光纤中，实现更高功率的泵浦激光输出。

能量合成器

它可将多路高功率光纤激光模块的能量叠加，是实现多模激光合束输出的核心器件。

光纤光栅

通过一定方法轴向周期性调制光纤纤芯折射率形成的衍射光栅。属于无源滤波器件，也是谐振腔的必要元件，决定激光器的输出波长和带宽，可以控制激光模式和光束质量。

激光头

它是在应用现场实现高功率激光远距离柔性输出的重要部件，并与加工系统兼容，使激光器产生的激光传导至加工材料，完成激光加工应用。

隔离

可以有效保护激光器，有效防止返回光损坏其他光学元件。

剥

可以有效剥离激光器中的包层光，保护相关器件，提高输出激光光束的质量。声光调制器主要用在谐振腔内部，通过射频驱动调制技术调制出所需的激光脉冲，是调Q脉冲光纤激光器的核心部件。

模式匹配器

用于连接2根不同类型光纤的核心器件，可以最大限度降低不同类型光纤的连接损耗，优化激光模式模场的匹配。

类型和用途

光纤激光器按照工作模式分为连续激光器和脉冲激光器，可应用于切割、焊接、雕刻、打标、清洁等场景。

连续激光

连续激光器连续发射光束，峰值功率为120KW. 用于切割、焊接、钎焊、钻孔。半连续激光（QCW）本质上仍然是脉冲的，但脉冲宽度较长，峰值功率为 23KW，用于切割、电弧焊、钻孔、钎焊、金属淬火（提高金属延展性，降低直流电阻），特别适合在点焊、缝焊和钻孔应用中取代灯泵浦YAG激光器。与连续激光器在使用上有一定的重叠。

脉冲激光

脉冲激光器可分为纳秒、皮秒、飞秒脉冲激光器。纳秒激光器（脉冲宽度较长）峰值功率可达2MW，用于划片、蚀刻、钻孔、表面处理、淬火、打标等；纳秒激光器（脉冲宽度较短，用于微精加工）用于淬火、硅片、玻璃切割等；皮秒激光器（脉冲宽度达到皮秒级）峰值功率大于2MW，用于黑化、蓝宝石及玻璃切割、光伏、OLED切割等；飞秒激光器（脉冲宽度可达飞秒级）峰值功率大于1MW，用于金属薄板切割、钻孔、高精度加工、眼科手术等。