早期的光纖激光器效率低、功率低，局限也大，直到出現了可以將泵浦光束傳(chuan) 送到包層的更有效方法。IPG Photonics公司創始人兼首席執行官Valentin Gapontsev，在利用多個(ge) 單發射極二極管激光器將側(ce) 邊泵浦光束發送到大麵積包層領域，享有“先驅”的盛譽。

這是一種可以克服以前發射方法局限性的方法——側(ce) 邊泵浦光束法有助於(yu) 釋放光纖激光器的真正潛力，開啟了高功率光纖激光器和放大器的新時代，並徹底改變了光纖技術的進一步發展，促進了光纖激光器在工業(ye) 、科學和醫療設備等不同應用領域的大規模采用。工業(ye) 光纖激光器的發展可劃分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 階段，特征分別是功率合成器和亮度轉換器（圖1）。

第一階段的功率合成器包含多個(ge) 激光二極管泵浦封裝，旨在有效地將它們(men) 的多模光組合成無源傳(chuan) 輸光纖。使用冗餘(yu) 的單發射極二極管封裝，可以確保激光器的高可靠性。該激光器的光學腔內(nei) 有兩(liang) 個(ge) 光纖布拉格光柵鏡，位於(yu) 中央單模芯，是一種摻雜了多種稀土元素的包層高純度光纖。

這個(ge) 光學腔將低質量的二極管光轉換為(wei) 單模激光光束。其中一個(ge) 光纖布拉格光柵作為(wei) 全反射器，另一個(ge) 作為(wei) 部分反射器或輸出耦合器。多模包層中沒有摻雜其他元素，作用隻是散發二極管泵浦光。光纖激光器的固態結構，使它不受灰塵、水分和自由空間空氣擾動等環境因素的影響。

整體(ti) 泵送方法的電效率超過50%，單個(ge) 模塊的單模輸出功率約為(wei) 2kW-3kW。可以直接使用或組合使用單個(ge) 模塊的輸出，以提供超過100 kW的高亮輸出，使得這種光纖激光器可以解決(jue) 各種工業(ye) 應用（圖2）。

操作方式
光纖激光器可分為(wei) 連續波（CW）、準連續波（QCW）、納秒脈衝(chong) 、超快皮秒或飛秒脈衝(chong) 等多種光波模式。
連續波激光器可在額定最大輸出功率內(nei) 提供穩定的輸出，可以根據輸出功率調製到50kHz，但調製不會(hui) 增加它們(men) 的峰值功率。連續波激光在許多領域中都有應用，最顯著的莫過於(yu) 切割和金屬焊接，也可用於(yu) 釺焊、3D打印、熔覆和熱處理。

由10個(ge) QCW激光器產(chan) 生的長脈衝(chong) 可以使脈衝(chong) 能量和峰值輸出功率增加10倍，長脈衝(chong) 持續時間為(wei) 10µs-100000µs。例如，平均功率為(wei) 300W的QCW激光器，峰值功率為(wei) 3kW，脈衝(chong) 能量為(wei) 30J。
QCW激光器主要用於(yu) 焊接、鑽孔以及特殊切割操作，如切割高反射金屬或其他材料。標準QCW模型機的峰值功率範圍為(wei) 1kW-20kW，運行成本比可做同等輸出的其他競爭(zheng) 性激光技術低得多。

納秒脈衝(chong) 調Q光纖激光器可提供從(cong) 10W-2kW的平均輸出功率範圍。在1ns-1000ns範圍內(nei) ，脈衝(chong) 持續時間可以固定，也可調（用戶可選擇預編程）。典型的激光脈衝(chong) 能量在10W-300W內(nei) ，與(yu) 用於(yu) 微處理的單模光束質量接近，高達1mJ左右。根據型號不同，這些激光器可在千赫茲(zi) 到兆赫之間調製。將具有更高平均功率的脈衝(chong) 激光器用於(yu) 高速表麵處理，脈衝(chong) 能量可達100mJ，就能實現更大的處理區域。

超快皮秒和飛秒光纖激光器的脈衝(chong) 持續時間為(wei) 200fs至幾個(ge) 皮秒，平均功率為(wei) 10W-200W，可用於(yu) 各種微處理應用，包括金屬和非金屬。

圖3：一個(ge) 光纖激光器的有源激光核心可以摻雜一個(ge) 或多個(ge) 有源原子，就能產(chan) 生處於(yu) 幾個(ge) 光譜範圍中的一個(ge) 標準輸出

波長範圍
在光纖激光器的有源激光核心摻雜一個(ge) 或多個(ge) 有源原子，能產(chan) 生處於(yu) 幾個(ge) 光譜範圍中的一個(ge) 標準輸出（圖3）。例如，摻雜鐿（Yb）原子，可產(chan) 生1030nm-1080nm之間的輸出；摻雜鉺（Er）原子，產(chan) 生的波長在1500nm-1570nm之間；摻雜銩（Tm）原子，可產(chan) 生1900nm-2050nm的光。將這些基本線的頻率增加一倍或三倍，就是能發出綠色光束（515nm- 550nm）和紫外光束（-355nm）的激光器。

基波鐿鉺的拉曼位移可達範圍擴大到1.15µm-1.8µm。波長的進一步倍頻使得光纖激光器可以在515nm-635 nm的可見光範圍內(nei) 工作。此外，由摻雜了銩或鉺的連續波光纖激光器泵浦的混合固態激光器，可提供1.9µm至>5µm區間的中紅外輸出。

光束空間模式
光纖激光器可以配置各種空間光束模式，以適應幾乎任何應用。這些模式指的是所用單模光纖的特性，而非熱操作點。因此，與(yu) 其他固態激光器不同的是，光纖激光器會(hui) 產(chan) 生相同的光束輪廓，在其整個(ge) 操作功率範圍內(nei) （通常為(wei) 額定功率的10%到100%），發散度不會(hui) 變化。

單模連續波激光器具有近變形限製光束質量，可用於(yu) 工業(ye) 應用，要求平均功率高達10kW，最小光斑尺寸在25µm-30µm範圍內(nei) 。高亮度多模激光器的輸出光纖芯直徑在50µm-600µm範圍內(nei) ，光束參數產(chan) 品值從(cong) 2mm·mrad開始。輸出強度分布可以是鍾形的或平頂的，核心直徑可達1mm（圖4）。

圖4：光纖激光器的輸出強度分布可以是鍾形單模剖麵（a）

圖4：光纖激光器的輸出強度分布可以是平頂多模剖麵（b）

特殊應用可能需要通過使用雙點模塊、三焦點光束傳(chuan) 輸、光束擺動或可調模式光束（AMB）等解決(jue) 方案，進一步做時空強度分布。AMB激光器的特點是在光纖激光器的內(nei) 芯周圍有一個(ge) 同軸環。核心和環的功率水平可以在光束飛行中做獨立地調整和改動。AMB激光器可以提高鑽孔、切割和焊接的性能，對於(yu) 鋁的焊接特別有效。在焊接鋁的過程中，它會(hui) 輸出額外的環形能量，穩定焊接小孔，減少或完全消除飛濺、裂縫和氣孔（圖5）。

圖5：可調模式光束輪廓解決(jue) 方案是在光纖激光器的核心周圍有一個(ge) 同軸環，在光束飛行中可被獨立調整和改動，以提高材料加工應用的性能

應用和益處
自20世紀90年代初以來，光纖激光器在電信、醫療以及各種高端和科學應用領域的名聲逐漸響起。寬波長範圍、窄線寬、偏振或非偏振發射、短脈衝(chong) 持續時間、單模操作、對環境條件不敏感以及光纖激光器的緊湊尺寸，使其成為(wei) 可應用於(yu) 科學領域和政府部門的良好解決(jue) 方案。在那裏，這種激光器往往有助於(yu) 解決(jue) 其他激光技術無法解決(jue) 的挑戰。

來到21世紀，工業(ye) 光纖激光器在汽車、航空航天、重工業(ye) 和運輸、消費設備、電子、醫療設備、石油和天然氣、核能、光伏、半導體(ti) 製造和其他行業(ye) 的加工材料方麵的應用，正變得越來越多。

雖然金屬材料加工占了早期應用的大部分，但也有其他應用，包括熔覆和3D打印、熱處理、表麵清潔以及各種微處理技術，包括聚合物、陶瓷和其他非金屬材料，正在快速出現。

在所有這些行業(ye) 和應用中，工業(ye) 光纖激光器已成為(wei) 性能基準。它們(men) 相對較高的輸出功率和均勻優(you) 異的光束質量，有助於(yu) 確保快速的處理速度，其抗振動、抗汙染、堅固緊湊的包裝、高效的能源消耗和可靠性，有助於(yu) 投資者快速獲得投資回報。