三、從(cong) 國內(nei) 千瓦光纖激光試驗數據分析，高功率單模固體(ti) 激光仍然沒有實現

圖一是網上提供的一張照片，科學院某研究所1000瓦全光纖激光器作的一次損傷(shang) 試驗，從(cong) 圖我估計切縫大概1——2毫米，激光束會(hui) 聚光斑也應在這範圍；最多大約6毫米的景深，錐度明顯。下麵是簡單的推論;

第一、全光纖激光的增益光纖芯直徑20微米，NA0.06，輸出激光的光斑直徑20微米，全角度小於(yu) 120毫弧度。

第二、使用有效通光孔徑120毫米的透鏡，將20微米直徑激光會(hui) 聚成1或2毫米光斑，會(hui) 聚鏡頭與(yu) 會(hui) 聚點的距離大約50或100米；會(hui) 聚鏡頭為(wei) 12毫米時，距離5或10米。

第三、會(hui) 聚光斑的錐度是千分之1.2或0.6，疑問一是圖一所示的試驗，切縫應該幾乎看不出錐度，而圖一中的切縫錐度明顯。

第四、激光束的直徑20微米、發射全角小於(yu) 120毫弧度即小於(yu) 2.4毫米毫弧度，這樣的激光相當於(yu) 56千瓦單模CO2激光器，即使3000瓦近單模CO2激光的切縫遠小於(yu) 2毫米，錐度也比這個(ge) 試驗效果要好。

第五、我們(men) 可以認為(wei) 這台光纖激光器，由於(yu) 泵光吸收不充分，其它各種因素影響，1000瓦激光中還有相當一部分是400微米包層中發出的光。我把這種不利因素誇大，1000瓦光功率中，僅(jin) 有100瓦是直徑20微米增益光纖中發出的激光，即使這樣這100瓦的激光也相當於(yu) 3000瓦單模CO2激光器發出的光，這已經是目前最好的單模CO2激光器了，但是這台全光纖激光器的試驗結果，遠比這差。

反過來我們(men) 考慮400微米直徑、NA0.46光纖發出的1000瓦激光，會(hui) 聚成直徑1或2毫米的光斑後：

第一、會(hui) 聚成直徑1或2毫米的光斑，光斑擴大2.5倍或5倍，束散角半角變為(wei) 200毫弧度或100毫弧度。

第二、考慮鋼柱直徑13毫米，這束會(hui) 聚光束傳(chuan) 輸6毫米以後，光束直徑增加為(wei) 3.4毫米或3.2毫米。這樣，這個(ge) 試驗結果和400微米包層光纖輸出的1000瓦激光相符。

根據上述分析，可以初步考慮該1000瓦全光纖激光器的輸出光束，近似400微米、NA0.46光纖輸出的光束。

四、結束

激光在工業(ye) 加工中，取決(jue) 定作用的是激光器的亮度，單位（毫米*毫弧度）2輸出功率，而不是單一的激光器輸出功率指標。單模固體(ti) 激光（燈泵、DPL、DISK和光纖激光器）是1.35毫米*毫弧度，CO2激光是13.5毫米*毫弧度，相同功率時固體(ti) 激光器的極限亮度是CO2激光器的100倍，現實激光加工市場中的固體(ti) 激光器遠沒有達到1.35毫米*毫弧度極限，甚至還達不到CO2激光器的光束質量。盡管IPG公司的千瓦光纖激光器、SPI公司的200瓦光纖激光器、通快公司的3000瓦DISK激光器，樣本上報道的數據是單模或近單模，但是在實際切割金屬材料中，並沒有被用戶接受，即使這些公司自己報道的數據也不過和CO2激光實現的數據在一個(ge) 數量級。事實是從(cong) 幾十瓦至千瓦單模固體(ti) 激光仍然是一個(ge) 沒有達到的難題。至少是在激光加工應用中，30瓦以上的單模固體(ti) 激光器加工技術有待研究開發。

從(cong) 公式（一）可見，激光武器也取決(jue) 於(yu) 激光器的亮度和發射天線有效通光麵積（D2），有效通光孔徑1500毫米的發射天線，100公裏處單模Nd:YAG激光會(hui) 聚光斑直徑90毫米，10公裏處9毫米。這就告訴我們(men) 幾兆瓦的氧碘激光器，摧毀100公裏外的起飛段的導彈幾乎沒有可能。第一、氧碘激光要達到單模，增益直徑需要小於(yu) 0.8毫米，輸出2個(ge) 兆瓦這是很困難的，增益區的功率密度達到了十的9次方瓦/平方厘米；第二、即使是單模，這樣的功率密度還不能夠瞬間摧毀目標，需要跟蹤一段時間，跟蹤同樣是一個(ge) 成像的極限分辨率，幾乎沒有實現的可能。但是將這樣的激光器用於(yu) 10公裏以內(nei) 的近地防空，單模會(hui) 聚光斑直徑是10毫米，功率密度達到2兆瓦，就可以在瞬間摧毀飛行目標。

中篇我將分析燈泵固體(ti) 激光、端泵和側(ce) 泵固體(ti) 激光、DISK激光器為(wei) 什麽(me) 沒有不能夠實現單模大功率輸出。比較詳細分析光纖激光器，回答為(wei) 什麽(me) 會(hui) 出現上述現象。下篇根據中篇分析得出的固體(ti) 激光器的缺陷提出幾種全新的固體(ti) 激光器的設計。