光纖激光器結構緊湊、電光效率高，一個(ge) 重要的原因是采用半導體(ti) 激光器作為(wei) 泵浦源。半導體(ti) 激光器采用PN結作為(wei) 發光光源，電泵浦直接出光，電光效率在50%左右。目前單芯片出光功率已經突破20W，采用空間合成、偏振合成和光譜合成等多種方式進一步提升功率至數百瓦。合成之後的半導體(ti) 激光通過透鏡耦合進入輸出尾纖，並經合束器進入激光器。

目前摻鐿光纖激光器主要的泵浦波長有三種，即915nm、976nm和1018nm，其中前兩(liang) 種主要在工業(ye) 產(chan) 品中使用，最後一種則用於(yu) 超高單纖功率科研產(chan) 品中。摻鐿光纖激光器的泵浦波長的選擇主要是由摻鐿光纖（YDF）的吸收發射譜所決(jue) 定的，如圖1所示。

圖1 摻鐿光纖吸收發射譜

可見，YDF在915nm附近和976nm附近各有一個(ge) 吸收峰，其中915nm的吸收峰的吸收截麵為(wei) 976nm吸收峰的1/3，而915nm吸收峰的寬度則遠大於(yu) 976nm吸收峰。吸收峰的特征也決(jue) 定了為(wei) 何工業(ye) 激光器絕大部分采用915nm而非976nm作為(wei) 泵浦源。一方麵，半導體(ti) 激光芯片在製造過程中，冷波長（低功率工作的波長）存在一定的分布，一般在數10nm左右，如果采用976nm吸收峰，則需要對激光芯片的波長進行篩選，導致良率下降，成本上升。另一方麵，半導體(ti) 激光器的輸出波長隨著其溫度（與(yu) 散熱溫度、工作電流和功率有關(guan) ）正相關(guan) ，即溫度越高，波長向長波方向漂移，每度漂移量在0.3nm，因此如果采用976nm泵浦，則對激光器的冷卻和溫控提出很高的要求。915nm泵浦雖然吸收強度隻有976nm泵浦的1/3，導致915nm泵浦激光器所使用的YDF長度為(wei) 976nm的3倍，但是激光器設計更為(wei) 簡單，也更為(wei) 可靠皮實。

976nm泵浦在科研機構的研究中一直是主流技術路線，主要采用進口的976nm泵浦源，甚至是波長鎖定泵浦源，即通過在半導體(ti) 激光器合成光路插入反饋波長的光柵以穩定輸出波長和壓窄線寬。這類泵浦源成本很高，不適合於(yu) 對成本要求極高的工業(ye) 激光領域。

近年來，隨著976nm芯片和封裝技術的日漸成熟，特別是國內(nei) 多年來光纖激光研究成果的外溢，976nm泵浦技術在工業(ye) 領域也逐漸開始大規模應用。特別是對於(yu) 水冷超高功率激光器，逐漸稱為(wei) 一種技術趨勢。原因包括：

（1）976nm泵浦相比915nm泵浦量子效率高了近10%，使得係統具有更高的電光效率，也就是說同等輸出功率，所用的泵浦功率可以減少10%，有利於(yu) 成本控製；

（2）由於(yu) 連續激光器單位功率售價(jia) 的不斷降低，泵浦源成本占比逐漸下降，而增益光纖的成本占比有上升趨勢，976nm泵浦相比915nm隻需要用1/3的光纖長度，降低了光纖材料的成本，光纖長度的縮短使得激光器的整體(ti) 構造也會(hui) 更為(wei) 小巧緊湊，同時對於(yu) 高功率激光器，非線性效應也得到了有效的抑製；

（3）根據激光動力學過程和YDF的吸收發射譜數據，976nm泵浦時上能級粒子布居數水平要遠低於(yu) 915nm泵浦，使得YDF光暗化的風險下降，對於(yu) 長時間工作的工業(ye) 激光器，穩定性得到提高。

當然，976nm泵浦也存在一定的風險和問題：

（1）對冷水機溫控精度要求更高，因為(wei) 工業(ye) 產(chan) 品不可能采用成本高昂的976nm波長鎖定的泵浦源；

（2）高功率單模產(chan) 品的模式不穩定受限，由於(yu) 單位長度吸收泵浦光的功率更高，熱負載更高，在功率高到一定程度時會(hui) 導致TMI，使得輸出激光的M2顯著劣化；

（3）集成工藝難度增加，關(guan) 鍵熔點的處理難度加大，以保證在較高的熱負載條件下能夠穩定可靠工作。

在實際的應用中，特別是不單單關(guan) 注功率的場合，需要考慮的因素還很多，需要綜合權衡選擇合適的泵浦方案。光至科技研發的2kW到5kW級高功率窄線寬單模連續激光器會(hui) 根據不同的應用場景的需求，包括功率、光譜、光束質量以及非線性等綜合要求，選擇優(you) 化的泵浦方案。

實際上，除了915nm和976nm兩(liang) 個(ge) 波長，940nm和960nm波長的泵浦源也經常在光纖激光器中使用。這種波長泵浦源的選擇往往跟增益光纖的選型有關(guan) ，對於(yu) 一些摻磷的YDF，其吸收發射譜形態可能發生變化，如圖2所示。此時915nm的吸收峰變得不明顯，較長的泵浦波長有助於(yu) 提高激光轉換效率。

圖2 摻磷YDF的吸收發射譜

然而，隨著激光器功率的不斷提升，常規的半導體(ti) 泵浦亮度已經很難滿足要求超高功率單纖輸出的要求，IPG於(yu) 是提出了基於(yu) 1018nm級聯泵浦方案，並基於(yu) 此方案實現了單纖20kW的功率輸出。1018nm級聯泵浦的基本思路是，先利用976nm的半導體(ti) 激光泵浦產(chan) 生1018nm激光，將激光亮度提升數個(ge) 量級，然後再將1018nm激光進行合束，並用於(yu) 泵浦1080nm的激光，單纖激光器功率提升的泵浦亮度限製被打開。

光至科技開發了基於(yu) 976nm泵浦的300W到500W的1018nm激光器模塊，並基於(yu) 此模塊開發了5kW~8kW量級的1018nm泵浦模塊，適用於(yu) 作為(wei) 大型科研激光裝置的泵浦源。

光纖激光器的功率提升之路還在持續，適用的工作場景越來越多，工程化程度也越來越高，市場前景廣闊，大有可為(wei) 。這些成果的取得一方麵得益於(yu) 我國在高功率光纖激光器領域研發的持續大量的投入，突破了關(guan) 鍵材料、器件和係統的核心技術，培養(yang) 了一批專(zhuan) 業(ye) 人才，另一方麵得益於(yu) 近年來光纖激光器在工業(ye) 領域的大規模應用，使得整個(ge) 產(chan) 業(ye) 鏈更為(wei) 完整，規模化優(you) 勢逐漸顯現。