提高效率和降低成本是光伏太陽能行業(ye) 的兩(liang) 個(ge) 永恒主題，激光技術因其快速、精確、零接觸以及良好的熱效應等優(you) 勢，在太陽能矽電池的切割、劃線及表麵加工、鑽孔、激光晶化等方麵取得了重要應用。目前國內(nei) 外多家激光製造廠商和研究機構都在積極發展各種新型激光技術及其在太陽能電池領域的新應用。基於(yu) 包層抽運技術的高功率雙包層光纖激光器以其光束質量好、效率高、結構緊湊等優(you) 點，在太陽能電池製造領域將發揮越來越重要的作用。

1.脈衝(chong) 光纖激光器

對於(yu) 連續工作的光纖激光器，摻鐿光纖本身就是工作物質，一般采用結構簡單的F-P腔結構，這樣無需在腔內(nei) 放置其他光學元件就可以獲得高功率的激光輸出。但如果從(cong) 激光與(yu) 物質相互作用這一應用目標考慮時，連續波光纖激光所能提供的功率密度較低，熱量沉積明顯，窄脈寬、高峰值功率的脈衝(chong) 光纖激光器應用麵更廣。

重複頻率為(wei) 幾十到數百千赫茲(zi) 、脈寬為(wei) 十幾到幾十納秒、平均功率為(wei) 數十瓦的脈衝(chong) 激光在薄膜太陽能電池製造領域具有廣泛應用背景。考慮到光纖激光本身的技術特點，以高性能小功率激光器為(wei) 種子光源，以雙包層光纖為(wei) 功率放大器的種子光－振蕩放大（MOPA）技術，是實現這一技術指標的理想方案。MOPA式脈衝(chong) 光纖激光器的結構如圖1所示。

 

對於(yu) 平均功率為(wei) 數十瓦的MOPA式脈衝(chong) 光纖激光器來說，種子光源一般采用以下3種方式：

1）脈衝(chong) 調製單模LD光纖級聯放大的種子光源技術。在這種技術中，通過對單模激光波長在1060nm左右LD的脈衝(chong) 調製，實現脈衝(chong) 激光輸出，然後通過三級光纖放大（一般前兩(liang) 級為(wei) 單模光纖放大、後一級為(wei) 雙包層光纖放大），實現滿足後續功率放大要求的種子激光輸出。對於(yu) 脈衝(chong) 調製的單模LD，其脈衝(chong) 特性可通過驅動電路進行方便設置和調節，重複頻率可從(cong) 千赫茲(zi) 到兆赫茲(zi) ，脈衝(chong) 寬度最小可為(wei) 數納秒。

2）基於(yu) 固體(ti) 激光調Q的種子光源技術，也即小型化調Q的半導體(ti) 抽運固體(ti) 激光器（DPSSL），可用光纖輸出的808nm單管LD抽運#p#分頁標題#e#Nd:YVO4或Nd:YVO4，通過聲光調Q技術，實現脈衝(chong) 激光輸出。在這種方式中，也可實現脈衝(chong) 寬度小於(yu) 20ns、重複頻率為(wei) 數十千赫茲(zi) 的脈衝(chong) 輸出，但由於(yu) 非光纖化器件使用不便。為(wei) 了便於(yu) 後續的光纖化功率放大，需對其輸出進行單模光纖耦

3）基於(yu) 光纖激光調Q的種子光源技術，同固體(ti) 激光調Q類似，通過在光纖激光器腔內(nei) 插入調Q元件，實現脈衝(chong) 激光輸出。在這種技術中，為(wei) 了實現整個(ge) 種子光源的全光纖化，需采用尾纖化的聲光開關(guan) 作為(wei) 調Q器件，並以光纖光柵作為(wei) 諧振腔鏡。在這項技術中，由於(yu) 光纖激光的腔較長，一般獲得的激光脈衝(chong) 寬度大於(yu) 百納秒，通過采用高增益的有源光纖及腔倒空調Q等技術，在數十千赫茲(zi) 時，也可實現小於(yu) 40ns的穩定脈衝(chong) 激光輸出。

在設計選用合適種子光源的基礎上，采用抽運合束器實現抽運光到放大光纖內(nei) 包層、信號光到放大光纖摻雜纖芯的高效率耦合，並應注意在高抽運功率時對耦合器的冷卻溫控。

摻鐿雙包層光纖的選擇應充分考慮到ASE抑製和非線性效應等問題，為(wei) 防止高功率抽運時自脈衝(chong) 對光纖本身和對抽運合束器的損壞，光纖長度不宜過長。對於(yu) 切割、劃線及表麵加工、晶圓鑽孔等應用，加工表麵的反射光對脈衝(chong) 光纖放大器將會(hui) 造成致命的損傷(shang) ，通過在輸出端加置一光隔離器，可有效解決(jue) “返回光”對脈衝(chong) 激光器的影響。

在高重複頻率脈衝(chong) 光纖激光器研究方麵，我們(men) 對上述3種方式的種子光源及其高功率放大特性進行了實驗研究。以脈衝(chong) 調製單模LD光纖級聯放大模塊為(wei) 種子光源，設計和采用高增益雙包層光纖，實現了101W平均功率的全光纖化脈衝(chong) 光纖激光器，重複頻率大於(yu) 50kHz，脈衝(chong) 寬度小於(yu) 15ns。

與(yu) 目前常用的工業(ye) 用激光器相比，脈衝(chong) 光纖激光器具有一係列的優(you)

1）輸出峰值功率可高達數百千瓦，波長1.070μm附近，對大部分材料吸收效率較高。

2）體(ti) 積小，重量輕，便於(yu) 移動。光束質量好，接近衍射極限，聚焦光斑直徑較小(10~100μm)，能夠實現非常精確的切割，從(cong) 而能夠免去一些後期處理步驟。通過光纖輸出，易於(yu) 與(yu) 機械手配合，實現激光遠距離加工。#p#分頁標題#e#

3)總體(ti) 光電轉換效率高達25％～30％，可以長時間穩定工作，維護方便，運行成本低。

4)輸出脈衝(chong) 參數可精確調節。采用MOPA放大的光纖激光器，可通過調節種子光控製激光器輸出參數。從(cong) 而可根據材料的特點，選擇不同的波形、脈衝(chong) 頻率等參數，對材料進行精細加工，從(cong) 而得到最佳加工效果。