泵浦光源（簡稱泵源）作為(wei) 光纖激光器的核心器件，對激光器的功能和性能無疑都有著至關(guan) 重要的決(jue) 定性作用。許多初接觸激光或非激光專(zhuan) 業(ye) 技術人員對泵源這一器件尚不算深入了解，因此對這一器件的疑問也比較多。今天科普泵源的幾個(ge) 相關(guan) 知識。

目前1μm光纖激光器泵浦光源有哪些？

1962年，H.W.Etzel等人成功研製出第1台摻鐿離子(Yb3+)的光纖激光器，即目前最常見的1μm波長（1.064μm/1.080μm）光纖激光器｡2004 年，南安普敦大學的 Jeong 等利用975nm LD 雙端泵浦纖芯直徑 43μm的雙包層摻鐿光纖，產(chan) 生了1.01 kW的1090 nm激光輸出，實現了世界上第一個(ge) 千瓦級光纖激光輸出。此後，915nm和975nm泵浦Yb實現1μm波段激光器成為(wei) 主要的泵浦激光選擇。

圖1給出了Yb3+離子的吸收截麵與(yu) 輻射截麵。在室溫下，吸收譜線在850nm~1050nm之間存在著兩(liang) 個(ge) 吸收峰，分別為(wei) 915nm和976nm。976nm的吸收峰較高但是很窄，其吸收譜寬約為(wei) 10nm；而915nm處的吸收峰則比較低和寬，吸收峰的高度大約為(wei) 976nm 峰值的三分之一，但是吸收譜寬約為(wei) 50nm，是976nm處吸收譜寬的5倍左右｡發射光譜在900nm~1200nm之間也存在兩(liang) 個(ge) 峰，分別為(wei) 976nm和1030nm。976nm處的輻射峰峰值較高，輻射譜寬10nm 左右，由三能級躍遷所致；1030nm 處峰值較低，但是輻射譜寬較寬，大於(yu) 50nm，由準四能級的躍遷所致。

圖1：Yb光纖的吸收截麵(實線)和發射截麵(虛線)

根據上述的圖和分析，結合實際的LD激光的發展，基本上Yb3+離子的1um波段的激光器基本都是用915nm 和975nm的LD激光作為(wei) 泵浦光源。

為(wei) 什麽(me) 早期使用915nm泵源較多，目前基本上都使用976nm泵源？

常規的LD 輸出波長會(hui) 隨著溫度的變化出現漂移，溫度漂移係數約為(wei) 0.31nm/℃。根據圖1我們(men) 可以看出，溫度將影響有源光纖的泵浦吸收峰，不僅(jin) 降低了激光器的效率，而且未吸收的泵浦光還會(hui) 導致光路中的其他元器件損壞｡由於(yu) 915nm處的吸收譜寬約為(wei) 50nm，溫度對泵浦的吸收影響很小，而溫度漂移對976nm影響較大，而早期激光器由於(yu) 溫度控製不精確，因此，尤其是上世紀所生產(chan) 的光纖激光器中，大多數皆使用915nm的泵源。

光纖吸收泵浦光後直接出光，這種泵浦技術被稱為(wei) 直接泵浦，即由9XX nm波長經過有源光纖後輸出1064nm､1070nm、1080nm 等波長的激光｡這類泵浦技術已經廣泛應用於(yu) 科研激光器和工業(ye) 常規激光器。但是，這類泵浦技術存在一定的量子虧(kui) 損效應，損耗的泵浦會(hui) 直接產(chan) 生熱量，影響激光器的可靠性和功率的進一步提升。

此公式中， 和 分別為(wei) 泵浦光和輸出激光的波長｡當鐿離子吸收975nm的泵浦光發射1070nm激光時，電子躍遷的量子虧(kui) 損率約為(wei) 9%，而采用915nm的泵浦光發射1070nm激光時，電子躍遷的量子虧(kui) 損率約為(wei) 14%。可見976nm的泵浦在能源的利用率上有較大提升。從(cong) 工業(ye) 產(chan) 品的生產(chan) 角度來說就是成本的降低。

其次，隨著高亮度泵源和水冷機組的發展，高功率激光器基本都采用了水冷散熱，在溫度控製上更加精準，可防止LD泵源的波長漂移，保證激光器的泵浦吸收效率。目前高功率光纖激光器基本都是采用976nm泵源，在提高激光器效率的同時，有效地降低成本。表1將兩(liang) 種泵源進行比較，在溫度控製穩定的基礎上，顯然976nm的泵源更加有利。

表1：915nm泵浦和976nm泵浦比較

976nm泵浦是一項全新的技術嗎？

976nm泵浦並不是一項新技術。上世紀六七十年代，915nm和976nm的LD泵源皆用於(yu) 激光器泵源，到2004年已能夠使用976nm的泵源實現千瓦級的激光輸出，技術上已十分成熟。國內(nei) 的絕大部分工業(ye) 激光器廠家在2012年左右的時候開始采用976nm的LD作為(wei) 主要的泵浦方式。發展到現在，這一技術已作為(wei) 常規技術在使用，尤其是針對科研用戶這類對激光器有特殊要求的用戶群體(ti) 。目前市售的幾百瓦甚至數千瓦鎖波長LD可以將溫度漂移係數控製在0.01nm/℃以內(nei) ， 976nm 等波長泵浦已成為(wei) 衝(chong) 擊高功率激光器不可或缺的器件。同時LD 的輸出光纖數值孔徑也在不斷優(you) 化，從(cong) 之前的0.22提升為(wei) 目前的0.15，甚至0.13，為(wei) 合束器有效接收更高功率泵浦光創造了有利的條件，使之可進一步提升激光輸出功率。

目前還有其他泵浦光源或者技術可供選擇嗎？

除了泵浦方式的變化（早期單純正向泵浦發展為(wei) 反向泵浦、正反向同時泵浦、915nm和976nm雙波長混合泵浦、側(ce) 邊泵浦等），泵浦本身在技術上也有發展和進步：采用 976nm 泵浦輸出孔徑數值在0.07左右的有源光纖，使之發射高亮度1018nm激光，再用此1018nm激光作為(wei) 泵浦光輸出1064nm､1070nm 及1080nm等波長的激光，並稱之為(wei) 同帶泵浦，可以有效減少量子虧(kui) 損所帶來的熱效應，目前對該技術掌握比較好的是IPG公司，已經將其應用在實際的工業(ye) 產(chan) 品中。國內(nei) 科研院所和高校也做了大量同帶泵浦相關(guan) 研究，但目前國內(nei) 工業(ye) 激光器廠家暫時還沒有將此作為(wei) 主流技術使用和推廣。