铥光纤激光器如何工作？

基本工作原理

铥光纤激光器是一种固体激光器，其增益介质是掺有铥离子的玻璃光纤。泵浦二极管提供光能，使铥离子进入激发态。当离子跃迁至较低能级时，可产生 2 µm 附近波段的激光。

有源光纤、泵浦合束器、光纤布拉格光栅和输出端构成光学系统。光栅充当谐振腔反射镜，提供光学反馈并帮助确定波长。全光纤结构直接连接各光学元件，减少自由空间光路和对准需求。

塑料、有机材料和含水介质在 2 µm 附近的吸收特性与常见的 1 µm 波长不同。根据材料的不同，这可改善工业、医疗和科学应用中的能量耦合和过程控制。

这一波段的高功率系统也对光学元件和热管理提出了较高要求。因此，激光架构是实现稳定运行的重要因素。

MOPA 指主振荡器功率放大器。种子激光器先产生低功率信号，再通过一个或多个后续放大级提高功率。这种架构可适用于特殊脉冲形状、超短脉冲或特定调制需求。

Futonics 则直接在谐振腔内产生高输出功率。高功率振荡器不需要独立的种子级或后续功率放大器，从而简化光学结构，并支持 2 µm 附近波段的可靠运行。

取消独立放大级可减少光学元件数量及潜在的损耗和故障来源，同时避免使用容易受背向反射、放大自发辐射和寄生振荡影响的种子级与放大级。

较少的级数也意味着较少的热敏感区域和增益漂移。配合适当的谐振腔设计，这有助于提高效率、热稳定性和连续运行可靠性。

光纤布拉格光栅（FBG）是光纤内部的精密反射镜。其稳定性对谐振腔至关重要：局部升温可能改变布拉格波长并影响长期可靠性。

Futonics 为高功率振荡器开发了专有 FBG 工艺。据 Futonics 介绍，采用该工艺制造的光栅即使在很高的激光功率下也没有可测量的温升，有助于保持连续运行时的谐振腔稳定性。

通过掌握这一工艺，Futonics 能够针对 2 µm 附近波段的高功率运行优化关键谐振腔元件。

在高光功率下，受激布里渊散射（SBS）、受激拉曼散射（SRS）和自相位调制可能限制功率扩展和光谱稳定性。

光纤和谐振腔设计必须考虑这些效应，尤其是在单模系统、窄线宽激光器和较长的有源光纤中。目标是实现可重复的输出功率、受控的光谱特性和高光束质量。

精心设计的单模铥振荡器可以兼顾高输出功率与优良的光束质量。光束传播、偏振和光谱特性对精密应用均十分重要。

直接在谐振腔内产生功率可避免额外的放大级。要在高功率下实现这一点，需要协调设计整个光纤谐振腔及其热特性。

当材料吸收和光束质量十分重要时，2 µm 附近波段可提供新的应用机会。激光器的适用性取决于具体材料和工艺。

Futonics 将全光纤架构与自主开发的热稳定 FBG 技术相结合，在振荡器中直接产生高功率，同时减少光学级数和内部损耗来源。

这一方案为 2 µm 附近波段的工业、医疗和科学应用提供了技术平台，重点满足可靠性、效率和光束质量方面的要求。

探索我们工作于 2 µm 附近波段的连续波和准连续波铥光纤激光器。