隨著單模光纖激光器的功率達到10kW、多模光纖激光器的功率達到50kW，光纖激光器的應用正在突破工業領域進入到軍事應用中，成為戰場上部署高能激光武器的候選產品。 在激光技術發展的早期，獲得高功率激光輸出的最好方法是從大體積激光材料中提取能量。目前，仍然有一些應用在采用這種方法，比如在利弗莫爾國家實驗室的國家點火裝置(NIF)中，就利用了大塊玻璃放大器把脈沖放大到1.8MJ。但是對于很多工業應用，摻鐿光纖已經成為高功率激光介質的理想之? ? 自從Elilas Snitzer于1963年發明第一臺光纖激光器以來，光纖激光器在功率提升方面已經走過了很長的歷程。2009年6月，IPG Photonics 公司在慕尼黑激光展上和由定向能專業協會（DEPS）主辦的固體激光器與半導體激光器大會上發布了輸出功率達10kW的連續波單模光纖激光器。IPG Photonics 公司工業市場部副總裁Bill Shiner說，IPG已經生產出了輸出功率高達50kW的多模光纖激光器，而且Raytheon公司已經測試其作為激光武器的潛在應用。但是IPG目前的主要業務還是面向工業材料加工應用，從切割用于太陽能電池的硅晶圓到金屬板的機器人焊接。 為什么選擇光纖激光器？ 類似于其他二極管泵浦的激光器，光纖激光器本質上是把低質量的泵浦激光轉換為更高質量的激光輸出，這些高質量的激光輸出可應用于醫療、材料加工以及激光武器等諸多領域。在實現高功率輸出方面，光纖激光器具有兩個重要優勢：一是從泵浦光到高質量輸出光的過程，具有較高的轉換效率；二是具備良好的散熱能力。 光纖激光器之所以能獲得較高的效率，主要得益于二極管泵浦、增益摻雜介質的精心選擇以及光纖的優化設計。高功率光纖激光器使用的光纖，包含一個摻雜增益介質的內層纖芯和一個限制泵浦光的外層纖芯。泵浦光可以通過光纖的端面進入到外層纖芯，或沿著光纖的側面以與光纖軸接近平行的方向耦合進外層纖芯（見圖1）。后一種方法稱為“側面泵浦”，但并不是說泵浦光像體激光器（bulk laser）一樣橫向進入激光腔。一旦泵浦光被導入到外層纖芯后，就會沿著光纖重復通過內層纖芯從而實現高效泵浦。隨后，受激輻射沿著內層纖芯傳導，并不斷積累能量輸出高強度激光。 圖1：二極管泵浦的雙包層光纖激光器可以采用端面泵浦或側面泵浦，但是光束必須以一定的角度接近光纖的軸，使泵浦光（藍線）可以在外層纖芯中傳導。激光增益介質被摻雜在內層纖芯中（紅線）。大多數光纖激光器的摻雜物都是鐿，這是因為選擇鐿能獲得較小的量子損耗（泵浦光子和輸出光子的能量差），當用975nm泵浦光產生1035nm輸出光時，其量子損耗值僅為6%。對比而言，用808nm泵浦的輸出為1064nm的摻釹激光器的量子損耗則高達20%。較小的量子損耗使摻鐿光纖激光器的光-光泵浦效率超過60%，此外加上泵浦二極管具有50%的電-光轉換效率，這意味著光纖激光器的總轉換效率可以達到30%。 光纖結構具有較大的單位體積表面積，這有助于光纖激光器散熱，但是即使使用水冷，熱耗散也會限制其性能。五年前研究人員希望通過增加摻雜水平和內層纖芯的尺寸來輸出更高的功率，但是南安普頓大學的Johan Nilsson表示，在高平均功率下，由于殘留熱量很難從光纖中帶走，“熱效應的限制又回來了”。 單模和多模光纖激光器 IPG公司的Oleg Shkurikin在DEPS會議上說，傳統的光纖激光器都是直接采用二極管激光器泵浦，但是受980nm泵浦二極管亮度的限制，致使高功率摻鐿光纖激光器的輸出一直限制在千瓦級水平。摻鐿光纖放大器或摻鐿光纖激光器獲得更高功率的關鍵在于使用亮度更高的泵浦光源，比如輸出1018nm的摻鐿光纖激光器。摻鐿光纖在1018nm的吸收比975nm的吸收峰小一個量級，但是1018nm光纖激光器的亮度要高100倍。 Shkurikin說兩種方法都是可行的，但是存在一些折中。直接二極管泵浦的效率高達35%，而且體積較小，但是產生較高的單位長度熱負載，因此具有GHz帶寬的單光纖結構的激光器輸出功率限制在400～600W。摻鉺光纖激光器泵浦的效率只有25%～28%，而且激光器的體積增加了一倍，但是從單根光纖中輸出的總功率可以達到1～1.5kW。 將多個單模摻鐿光纖激光器模塊的輸出并束到一個纖芯為100