高功率连续光纤激光器是如何技术优化的？

（1） 连续光纤激光器结构优化

1、空间光泵浦结构

早期的连续光纤激光器大多采用光泵输出和激光输出，其输出功率较低。很难在短时间内快速提高光纤激光器的输出功率。1999年，光纤激光器研发领域的输出功率头次突破10000瓦。连续光纤激光器的结构主要采用光双向泵浦形成谐振腔。根据研究，光纤激光器的斜率效率达到58.3%。

然而，虽然利用光纤泵浦光和激光耦合技术开发光纤激光器可以有效提高光纤激光器的输出功率，但它也具有复杂性，不利于光学透镜构建光路。一旦需要在构建光路的链路中移动激光器，也需要重新调整光路。这一问题限制了具有光泵浦结构的光纤激光器的广泛应用。

2、直接振荡器结构和MOPA结构

随着连续光纤激光器的发展，包层功率剥离器逐渐取代了透镜组件，简化了连续光纤激光器的开发步骤，间接提高了光纤激光器的维护效率。这一发展趋势标志着光纤激光器正逐步走向实用化。直接振荡器结构和MOPA结构是市场上很常见的两种光纤激光器结构。直接振荡器的结构是光栅在振荡过程中选择波长，然后输出选定的波长，而MOPA将光栅选择的波长作为种子光，种子光在主放大器的作用下被放大，从而在一定程度上提高光纤激光器的输出功率。长期以来，MPOA结构的光纤激光器一直是高功率光纤激光器的结构。然而，随后的研究发现，这种结构中的高功率输出很可能导致光纤激光器内部空间分布不稳定，并且输出的激光亮度会受到一定程度的影响。该因素还直接影响高功率输出的效果。

（2） CO波段泵浦技术的发展

在早期的掺镱光纤激光器中，泵浦波长通常为915nm或975nm，但这两个泵浦波长是镱离子的吸收峰，因此称为直接泵浦。直接泵浦没有得到广泛应用的原因是量子损耗大。同波段泵浦技术是直接泵浦技术的扩展，其中泵浦波长和发射波长之间的波长相似，同波段泵浦的量子损耗率小于直接泵浦。在同波段泵浦技术的基础上，将把单模光纤激光器的输出功率提高到10kW。

3、 高功率光纤激光器技术发展的瓶颈

虽然连续光纤激光器在军事、医疗等行业具有很高的应用价值，中国通过近30年的技术研发推动了光纤激光器的广泛应用，但要使光纤激光器输出更高的功率，现有技术仍存在许多瓶颈，如单光纤单模光纤激光器的输出功率能否达到36.6kw；泵浦功率对光纤激光器输出功率的影响；热透镜效应对光纤激光器输出功率的影响等。此外，光纤激光器高功率输出技术的研究还应考虑横模稳定性和光子暗化效应。通过研究证明，横模不稳定性的影响因素是光纤加热，光子变暗效应主要是指当光纤激光器连续输出数百瓦或数千瓦功率时，输出功率将呈现快速下降的趋势，并且对光纤激光器的连续高功率输出有一定的限制。虽然国内外对光子暗化效应的具体原因尚未明确定义，但大多数观点认为氧缺陷中心和电荷转移吸收可以导致光子暗化效应。