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。

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。

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。

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徑在50µm-600µm範圍內(nei) ，光束質量從(cong) 2mm×mrad開始。所激發光束的能量分布近似高斯分布或平頂分布，核心直徑可達1mm。

對於(yu) 特殊應用可能需要通過使用雙光斑模塊、三光斑光束傳(chuan) 輸、光束擺動或光束模式可調（AMB）等解決(jue) 方案，進一步做時空能量分布。AMB光束模式可調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。可獨立且動態地控製中心光束和環形光束的大小和功率。AMB激光器可以提高鑽孔、切割和焊接的效果，對於(yu) 鋁材的焊接效果特別顯著。在焊接鋁的過程中，通過增加環形光束，可以形成穩定的匙孔，減少或完全消除飛濺、裂縫和氣孔。

光束模式可調激光器可獨立且動態地控製中心光束和環形光束的大小和功率，從(cong) 而提高加工質量

應用及優(you) 勢

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領域的應用越來越廣泛。寬波長範圍、窄線寬、偏振或非偏振發射、短脈寬、單模操作、對環境條件不敏感以及光纖激光器體(ti) 積小等優(you) 勢，使其成為(wei) 應用於(yu) 科學領域和政府部門的理想解決(jue) 方案。在這些領域中，光纖激光器往往能夠應對其他加工技術無法解決(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) 製造等其他材料加工的應用正變得越來越多。

雖然早期大部分應用以金屬材料加工為(wei) 主，但也有諸如熔覆與(yu) 3D打印、熱處理、表麵清洗以及各種微加工技術中，包括聚合物、陶瓷等其他非金屬材料的應用，並且正在快速發展。

在這些行業(ye) 和應用中，工業(ye) 光纖激光器已成為(wei) 性能基準。得益於(yu) 相對較高的輸出功率和均勻且優(you) 異的光束質量，能夠確保加工速度快；其抗振動、抗汙染、堅固緊湊的設計、高效的能源效率和高可靠性，讓投資者快速獲得投資回報。