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  • 单晶光纤在超短脉冲激光器中放大功率

    作者:Daniel Guillot 来源:激光世界 时间:2017-06-07 11:32 阅读:344 [投稿]
    在激光微加工应用中,短脉冲提供精确的高平均功率,能够实现更高的处理速度,而高能量则提高了加工吞吐量。

    在激光微加工应用中,短脉冲提供精确的高平均功率,能够实现更高的处理速度,而高能量则提高了加工吞吐量。短脉冲可以容易地实现,但是在能量或平均功率方面的提升更具挑战性。例如,光纤内的非线性效应限制了放大期间的峰值功率。

    在短脉冲或超短脉冲(USP)激光器中实现更高功率的公认解决方案,是通过主振荡器功率放大器(MOPA)架构,使用各种技术和材料来影响放大。下一代 USP 激光器依赖于新颖的基于光纤的架构,以克服传统块体和光纤放大器的不足。

    放大比较

    由于在增益介质内部产生强烈畸变的热透镜效应,块体晶体放大器受到光束退化的影响。由于这个基本限制,高功率放大器的几何形状已经发展演进,以改善这些材料内部的热管理。

    由于增益介质的厚度较薄(约 100μm),薄碟片单程的增益有限。因此,只能通过多程或再生技术实现有效放大。


    多程放大器使用精细的光路使光多次穿过激光晶体,而再生放大器则使用昂贵的电光调制器作为复杂光束切换过程的一部分。尽管存在缺点,但是薄片放大器可以产生非常高的千瓦级输出功率,并且是最终放大级的理想选择。

    虽然由于其高增益,可以在板条放大器中实现高达千瓦级的极高平均功率,但所使用的之字形光路会引入椭圆度并降低光束质量。

    除了用于产生短脉冲的块体替代方案之外,基于光纤的放大器通常使用大模场面积光纤(LMA)或大模场面积光子晶体光纤(PCF LMA),而棒状 PCF 可实现更高的峰值功率。

    市售光纤的最大芯径为 85μm,传播模式为 650μm,即使掺杂水平较高,长度也约为 1m。超大纤芯和极低数值孔径的光纤设计,输出衍射极限光束,但会导致系统体积较大,灵活性降低。

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