圖1：適用於超快激光應用的光纜

　　由於可以對幾乎任何材料進行超高精度的加工，超快激光展現出不斷增長的應用需求。當其被應用於真正的工業生產時， 要求精確的控製脈衝的時間、空間和形狀， 以便實現最佳的超快激光輸出。光束傳輸係統作為連接激光源

　　和具體應用之間的光學界麵，是激光加工係統中尤為關鍵的一環。它的主要目標是在盡可能簡單高效且不幹擾激光束的前提下，將激光源的激光引導至被加工件的特定位置。但同時，對激光束在時間和空間上的整形、加強需求， 作為一個附加功能越來越多的被提出。

　　在上世紀90年代，基於光纖技術的光束傳輸係統作為主要突破，使連續半導體和固體激光器真正進入工業激光應用，而其也成為數千瓦功率連續激光應用的標準。可以預見的是，如果有類似的光纖傳輸係統可用於超快激光應用，那是十分值得期待的。

　　超快脈衝的光束傳輸

　　目前對於脈寬在幾皮秒且脈衝能量滿足材料加工需求的這類新興超快激光應用，普遍采用空間光路傳輸。這些基於鏡片組成的係統需要繁瑣的細微調整（尤其是長距離傳輸），並且受到灰塵和顆粒汙染的困擾。在整個光路中，數量龐大的光學組件成為光束質量損失的潛在的根源。此外，此類加工設備普遍需要一個精工細作的穩定基台結構，激光器必須盡可能的接近加工位置，在整體係統設計方麵這意味著需要花費大量的成本和經曆。

　　缺少標準的光束傳輸解決方案導致了係統設計方案的千差萬別，這極大阻礙了超快激光得到更廣泛的工業應用。更換激光光源或其他部件都需要重新對整個係統進行調整和校準，這最終無疑提高了成本。基於光纖的光束傳輸係統當下還無法實現，這主要由於傳統的光纖並不適合傳輸超快激光。受限於本身的色散特性，會使脈寬變寬，損傷閾值也無法滿足需求，而自聚焦（self-focusing）、受激布裏淵散射（stimulated Brillouin scattering）以及拉曼散射（Raman scattering）等非線性效應，會輕易的破壞光纖材料或脈衝波形。所以作為結論，用於工業應用的超快脈衝無法通過傳統的玻璃光纖進行傳輸。

　　可在中空芯部約束光束的新型光纖

　　微納結構的空芯光纖(Microstructured hollow-core fibers，簡稱MHCFs，見圖2)支持光束在中空芯部（例如充氣或真空狀態）中傳輸，這使得其能夠傳輸極高的功率並且徹底消除了非線性效應。這種光纖從光子晶體光纖（photonic crystal fibers）演變而來，最早由來自英國巴斯大學（Bath University）的Russell，Knight和Birks共同開發研製。從那之後，各種不同樣式的微納結構光纖被開發出來，並證明了其可以傳輸高功率超快激光的潛在價值。此類光纖擁有類似於單模階躍折射率光纖（step-index fibers）的芯部尺寸，而約束光線的芯部構造像是不規則的水晶。但不同的是，其芯部長度可以大大延長，並且承受更高的損傷閾值。99%的激光光線在其中空芯部中傳導，可允許的脈衝能量等級提高到了毫焦耳（mJ）級別，大大超過了許多材料加工所需的能量等級。

　　

　　圖2：不同類型的微納結構空芯光纖（MHCFs）以及光束質量（M2）為1.3時遠近模場分布特性

　　將此類光纖適當的集成入工業光束傳輸係統，在保證完美的光束質量的前提下，幾百瓦（multi-100W）和幾百微焦（multi-100μJ）的超快激光脈衝可以被可靠的傳輸。這樣的光束傳輸係統使得激光源和具體應用得以分離，可以將激光能量分送到不同的工作站，甚至柔性化的機器人係統也成為現實，這些無疑都大大增強了工業應用的可能性。

　　空芯光纖由於具有極低的色散特性，非常適合用於飛秒級別的脈寬。在900-1100納米光譜範圍區間，30至70dB/km或1%每米的衰減值是可以實現的。