高亮度激光二极管：千瓦级光纤激光器的关键推动力

本文主要探讨了激光二极管技术如何推动光纤激光器向高功率发展的趋势，重点关注了高功率激光二极管抽运模块在这一过程中的作用。 1. 高亮度激光二极管的发展与光纤激光器的进步 随着激光二极管技术的提升，特别是半導体材料的高效性能，使得每个发光点能承载更高的功率。同时，创新的耦合技术将激光二极管的能量更有效地注入传输光纤，促进了光纤激光器功率的提升。近年来，千瓦级的光纤激光器已经实现，这得益于高亮度光纤耦合激光二极管的技术突破。 2. 激光二极管抽运模块与光纤激光器的结合 激光二极管抽运模块通常通过100-200微米直径的光纤尾纤与光纤激光器连接，数值孔径在0.12-0.22之间。早期，100微米光纤主要用于耦合单个激光二极管，但随着技术进步，单管功率已超过10瓦，特别是在900纳米以上的波长。然而，在790-810纳米波长范围内的功率仍低于10瓦。尽管单管耦合效率高，但因未完全填充满光纤，亮度和耦合功率未达到最优。 3. 高亮度二极管阵列的应用 为了实现更高功率，采用了长腔长的高亮度二极管阵列，并配以微光学元件，使得多个发光点能耦合到100微米光纤中。这样的设计已经可以实现50瓦的稳定输出，理论极限甚至超过100瓦。例如，5毫米阵列可输出20瓦，10毫米阵列可达40瓦。为了保护模块免受反向反射光的影响，可以集成自由空间光学系统，并通过波长锁定技术。 4. 千瓦级光纤激光器的实现 千瓦级光纤激光器通常采用主振荡功率放大（MOPA）架构，这需要功率超过200瓦的抽运模块。因此，开发更强大的高亮度二极管阵列成为关键，以满足这种高性能激光器的需求。 总结来说，激光二极管技术的进步，尤其是高亮度二极管阵列的研制，极大地推动了光纤激光器功率的提升，使得千瓦级乃至更高功率的光纤激光器成为可能。随着技术的持续发展，未来在2微米波长实现千瓦级输出也将不再是遥不可及的梦想。