近日从湖北省激光学会及华工科技产业集团获悉,在一根头发尖上,就可以钻出10个均匀的孔出来,能够发射这种激光的25W脉冲光纤激光器样机已由国内专家研制成功,达到了国际先进水平,不久将实现产业化。
据介绍,光纤激光器在国际上也是最新技术,在精密焊接、切割和精细标记、医疗激光设备制造等领域有着广泛应用。一台25W的固定激光器有空调主机那么大,而光纤激光器只有电脑主机那么大,能耗仅为前者的1/5,且具有光束质量高、稳定性好等特点。
目前,我国光纤激光器主要依赖进口,激光企业大多只是简单的设备集成商。高性能光纤激光器的研制成功,将有力推动该领域核心技术的进步,增强国产高端精密激光设备的国际竞争力。
有关负责人透露,"十一五"期间,我国光纤激光器市场年需求在5000台以上,而在关键技术取得突破后,国产产品每台售价可控制在进口价的60%以下,直接降低成本4亿元。
关于光纤激光器
光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器,光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来:在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度,造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”,当适当加入正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出。
光纤激光器应用范围非常广泛,包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接(铜焊、淬水、包层以及深度焊接)、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设等等。
光纤激光器作为第三代激光技术的代表,具有以下优势:
(1)玻璃光纤制造成本低、技术成熟及其光纤的可饶性所带来的小型化、集约化优势;
(2)玻璃光纤对入射泵浦光不需要像晶体那样的严格的相位匹配,这是由于玻璃基质Stark 分裂引起的非均匀展宽造成吸收带较宽的缘故;
(3)玻璃材料具有极低的体积面积比,散热快、损耗低,所以上转换效率较高,激光阈值低;
(4)输出激光波长多:这是因为稀土离子能级非常丰富及其稀土离子种类之多;
(5)可调谐性:由于稀土离子能级宽和玻璃光纤的荧光谱较宽。
(6)由于光纤激光器的谐振腔内无光学镜片,具有免调节、免维护、高稳定性的优点,这是传统激光器无法比拟的。
(7)光纤导出,使得激光器能轻易胜任各种多维任意空间加工应用,使机械系统的设计变得非常简单。
(8)胜任恶劣的工作环境,对灰尘、震荡、冲击、湿度、温度具有很高的容忍度。
(9)不需热电制冷和水冷,只需简单的风冷。
(10)高的电光效率:综合电光效率高达20%以上,大幅度节约工作时的耗电,节约运行成本。
(11)高功率,目前商用化的光纤激光器是六千瓦。
我国光纤激光器目前研究进展
2002年南开大学报道了在掺Yb3 + 双包层光纤器中得到了脉宽4. 8ns 的自调Q 脉冲输出和混合调Q 双包层光纤激光中得到峰值功率大于8kW ,脉宽小于2ns 的脉冲输出。
2003年南开大学报道了利用脉冲泵浦获得100kW 峰值功率的调Q 脉冲,以及得到的60nm 可调谐的调Q 脉冲。
2003年11月20日报道,上海科学家在激光领域取得新成果,成功开发出输出功率高达107W的光纤激光器。此激光器的全称为“高功率掺镱双包层光纤激光器”,与目前已有的激光器相比它的维护费用和功率消耗都要低得多,寿命是普通激光器的几十倍。该课题组的负责人之一楼祺洪研究员告诉记者,激光打印有着广泛的应用前景,与市民生活直接相关的如食品的生产日期、防伪标志等,若以激光打印代替现在的油墨打印清晰度高、永不褪色、难以仿冒、利于环保,具有国际流行的新趋势。上海科学家研制的光纤激光器使光纤激光输出功率又上升了一个新台阶,最大输出功率达107W,已经遥遥领先于全国同行。
2004年,南开大学又报道了连续泵浦206kW峰值功率的调Q 脉冲。
2004年12月3日,烽火通信报道,继推出激光输出功率达100W以上的双包层掺镱光纤后,经过艰苦的攻关再创佳绩,将该类新型光纤的输出功率成功提高至440W,达到国际领先水平。
这是烽火通信在特种光纤领域迈出的重要一步,同时也是我国在高功率激光器用光纤领域的重大突破。掺镱双包层光纤激光器是国际上新近发展的一种新型高功率激光器件,由于其具有光束质量好、效率高、易于散热和易于实现高功率等特点,近年来发展迅速,并已成为高精度激光加工、激光雷达系统、光通信及目标指示等领域中相干光源的重要候选者。双包层掺镱激光器的主要激光增益介质是双包层掺镱光纤,因此双包层掺镱光纤的性能直接决定了该类激光器的转换效率和输出功率。烽火通信作为国内唯一一家进行双包层掺镱光纤研究的单位,在成功推出输出功率达100W以上的完全可商用的双包层掺镱光纤产品后,又加大的研发力度,使得其输出功率实现440W以上,达到国际领先水平。
光纤激光器作为第三代激光技术的代表,具有其他激光器无可比拟的技术优越性。不过,我们认为,在短期内,光纤激光器将主要聚焦在高端用途上随光纤激光器的普及,成本的降低以及产能的提高,最终将可能会替代掉全球大部分高功率 CO2激光器和绝大部分YAG激光器。
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