1 引言

      近年來(lái)，隨著各種關(guān)鍵技術(shù)的突破，光纖激光器得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。作為第三代激光技術(shù)的代表，光纖激光器具有其他激光器無(wú)可比擬的技術(shù)優(yōu)越性。這幾年隨著各 種商用光纖激光器的面市，光纖激光器被應(yīng)用到眾多領(lǐng)域。本文主要介紹國(guó)內(nèi)外光纖激光器的最新應(yīng)用進(jìn)展及我國(guó)商用光纖激光器現(xiàn)狀及發(fā)展。

2 光纖激光器的應(yīng)用

2.1 光纖激光器在工業(yè)上的應(yīng)用

      工業(yè)生產(chǎn)要求激光器可靠性高、體積小、安全、便于操作。光纖激光器以其結(jié)構(gòu)緊湊、光轉(zhuǎn)換效率高、預(yù)熱時(shí)間短、受環(huán)境因素影響小、免維護(hù)以及容易與光纖或由光學(xué)鏡片組成導(dǎo)光系統(tǒng)耦合等優(yōu)點(diǎn)受到人們的廣泛關(guān)注。

      目前，光纖激光器正逐步取代傳統(tǒng)激光器在激光打標(biāo)(laser marking)、激光焊接、激光切割(laser cutting)等領(lǐng)域的主導(dǎo)地位。在打標(biāo)領(lǐng)域，由于光纖激光器具有較高的光束質(zhì)量和定位精度，光纖 打標(biāo)系統(tǒng)正取代效率不高的二氧化碳激光和氙燈抽運(yùn)的Nd:YAG脈沖激光打標(biāo)(laser marking)系統(tǒng)；在歐美及日本市場(chǎng)，這種取代正大規(guī)模地進(jìn)行著，僅在日本，每月的需求量 就超過(guò)100臺(tái)。我國(guó)作為世界上最大的工業(yè)制造國(guó)，對(duì)光纖激光打標(biāo)(laser marking)機(jī)的需求是十分巨大的，估計(jì)每年有超過(guò)2000臺(tái)的需求量。在激光焊接和切割領(lǐng)域，隨著 上千瓦甚至幾萬(wàn)瓦光纖激光器的研制成功，光纖激光器也得到了應(yīng)用。此前，IPG報(bào)道，德國(guó)寶馬汽車公司購(gòu)買了他們的高功率光纖激光器用在車門焊接生產(chǎn)線 上。

2.2 光纖激光器在傳感上的應(yīng)用

      較之于其他光源，光纖激光器被用作傳感光源有許多優(yōu)勢(shì)。首先，光纖激光器有效率高、可調(diào)諧、穩(wěn)定性好、緊湊小巧、重量輕、維護(hù)方便和光束質(zhì)量好等優(yōu)異性能。其次，光纖激光能很好地與光纖耦合，與現(xiàn)有的光纖器件完全兼容，能進(jìn)行全光纖測(cè)試。

      目前，基于可調(diào)諧窄線寬光纖激光器的光纖傳感是該領(lǐng)域的應(yīng)用熱點(diǎn)之一。該類型光纖激光器的光譜線寬很窄，具有超長(zhǎng)相干長(zhǎng)度，并且可以對(duì)頻率進(jìn)行快速調(diào)制。 把這種窄線寬光纖激光器應(yīng)用到分布式傳感系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離、超高精度的光纖傳感。在美國(guó)和歐洲，這種基于可調(diào)諧窄線寬光纖激光器的傳感技術(shù)被廣泛應(yīng)用 到國(guó)土安全及重要設(shè)施監(jiān)測(cè)、石油/天然氣管道監(jiān)測(cè)以及水下聲納探測(cè)等眾多領(lǐng)域。我國(guó)估計(jì)每年對(duì)這種類型光纖激光器的需求量也在100臺(tái)以上。

2.3 光纖激光器在通訊上的應(yīng)用

      光纖激光器相比于常規(guī)激光系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)緊湊性、散熱、光束質(zhì)量、體積以及與現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，在通訊領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

      摻稀土光纖為增益介質(zhì)的鎖模光纖激光器可以產(chǎn)生高重復(fù)率、脈寬為皮秒或飛秒量級(jí)的超短光脈沖，而且其激射波長(zhǎng)又落在光纖通信的最佳窗口1.55 μm波段上，是未來(lái)高速光通信系統(tǒng)的理想光源。目前，10GHz 與40 GHz重復(fù)頻率的鎖模光纖激光器已經(jīng)研制成功。一旦這種通訊網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)開(kāi)展，對(duì)這類型激光器的需求將是巨大的。

2.4 光纖激光器在醫(yī)療上的應(yīng)用

      現(xiàn)在，用于臨床的激光器大多是氬離子激光器、二氧化碳激光器和YAG激光器，但通常它們光束質(zhì)量不高，具有非常大的體積，需要龐大的水冷系統(tǒng)，并且安裝和 維護(hù)非常麻煩，而這些恰恰是光纖激光器可以彌補(bǔ)的。因?yàn)樗肿釉? μm有一個(gè)吸收峰，將2 μm光纖激光器用作外科手術(shù)工具可以實(shí)現(xiàn)快速止血，減少手術(shù)對(duì)人體組織的破壞。

      超快光纖激光器是目前最活躍的研究領(lǐng)域之一，其在醫(yī)療領(lǐng)域也有十分重要的應(yīng)用。目前，生物醫(yī)學(xué)專家已將它作為超精密外科手術(shù)刀，用于視力矯正手術(shù)，既能減 少組織損傷又不會(huì)留下手術(shù)后遺癥，甚至可對(duì)單個(gè)細(xì)胞動(dòng)精密手術(shù)或者用于基因療法。人們也在研究如何將飛秒激光用于牙科治療。另外，利用其超短脈沖，醫(yī)學(xué)研 究者們也研究其在醫(yī)學(xué)成像方面的應(yīng)用。隨著各種研究的深入，用于醫(yī)療的光纖激光器需求也必將迅速增加。

2.5 光纖激光器在軍事上的應(yīng)用

      高功率、高質(zhì)量激光武器一直是軍事領(lǐng)域防御和進(jìn)攻武器的研究重點(diǎn)。高功率光纖激光器以其高亮度、小照射面積、體積小等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到重視。另外，在定位、測(cè)距、遙感、跟蹤制導(dǎo)和模擬打靶等領(lǐng)域中，光纖激光器作為一種有效的工具也備受青睞。

3 我國(guó)光纖激光器的發(fā)展現(xiàn)狀及根源

      從上面的論述可以看出，我國(guó)對(duì)光纖激光器的需求是十分巨大的，但目前，我國(guó)絕大部分的光纖激光依靠進(jìn)口，國(guó)內(nèi)很少有公司能生產(chǎn)性能好的商用光纖激光器，這 也使得我國(guó)在光纖激光的應(yīng)用上遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外。是什么導(dǎo)致我國(guó)的光纖激光產(chǎn)業(yè)化嚴(yán)重滯后呢？本人認(rèn)為是由于我國(guó)對(duì)研制專門用于光纖激光器的光纖器件滯后所 引起的。

      眾所周知，光纖激光器的構(gòu)成除了抽運(yùn)激光器和電路外，其他都是光纖和各種光纖器件。一般認(rèn)為，光纖激光器有5項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：1) 特種光纖技術(shù)；2) 包層抽運(yùn)耦合技術(shù)；3) 光纖光柵技術(shù)；4)半導(dǎo)體抽運(yùn)激光器技術(shù)；5)光纖激光器整機(jī)技術(shù)。在這5項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)中，除了半導(dǎo)體抽運(yùn)激光器外，其他4項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)全部與光纖技術(shù)密切相 關(guān)，準(zhǔn)確地說(shuō)，是與能量光纖技術(shù)密切相關(guān)。而能量光纖技術(shù)又是在信號(hào)光纖技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。信號(hào)光纖技術(shù)主要是為光通訊服務(wù)的。在國(guó)外，當(dāng)光通信走 入低谷，而光纖激光器取得突破時(shí)，很多從事光通信光纖器件研制生產(chǎn)的企業(yè)轉(zhuǎn)向到能量型的專門用于光纖激光器的器件的研制和生產(chǎn)。而在國(guó)內(nèi)，雖然有很多從事 光通信光纖器件研發(fā)的企業(yè)，但直到現(xiàn)在，專門生產(chǎn)光纖激光器用器件的公司仍非常少，而且面向的市場(chǎng)也大多是國(guó)外。正是這種基礎(chǔ)上的空白導(dǎo)致我國(guó)光纖激光產(chǎn) 業(yè)的滯后。

      所以，大力發(fā)展專門用于光纖激光器的光纖器件是我國(guó)光纖激光產(chǎn)業(yè)化的必由之路。而發(fā)展高功率光纖器件是其中的重中之重，光纖激光器最重要的一個(gè)發(fā)展方向是 往高功率發(fā)展，而且用于制造高功率光纖激光器的器件必須能承受高功率，普通的用于光通信的器件是無(wú)法做到的。另外，保偏器件也是其中重點(diǎn)的器件之一，對(duì)于 鎖模光纖激光器，由于機(jī)械振動(dòng)引起的激光在諧振腔內(nèi)偏振態(tài)的起伏，以及偏振模色散會(huì)導(dǎo)致脈沖振幅的抖動(dòng)和光波長(zhǎng)的漂移。消除這種影響的有效方法是采用全保 偏光纖諧振腔，即使用保偏摻鉺光纖和保偏單模光纖、偏振無(wú)關(guān)隔離器、保偏耦合器和偏振控制器，這些器件的使用可以有效地提高輸出鎖模脈沖的穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

      隨著光纖激光器的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化，光纖激光器在各領(lǐng)域的應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛和深入，而我國(guó)想在此次光纖激光的發(fā)展大潮中占有一席之地，必然要大力發(fā)展專門用于光纖激光器的光纖器件#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#