½ð²©±¦ÍøÕ¾-*æ–°å’¨è¯¢ï¼šå®‰å¾½å…‰çº¤æ¿€å…‰æ‰“å”æœºæ‰¾å“ªå®¶(2024æ›´æ–°æˆåŠŸ)(今日/报é“),2ã€ä½¿ç”¨çŽ‡ä¼šé«˜å‡ºåŒè¡Œä¸šçš„30%。
½ð²©±¦ÍøÕ¾-*æ–°å’¨è¯¢ï¼šå®‰å¾½å…‰çº¤æ¿€å…‰æ‰“å”æœºæ‰¾å“ªå®¶(2024æ›´æ–°æˆåŠŸ)(今日/报é“), æ ¹æ®å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨çš„æ—¶åŸŸç‰¹æ€§ï¼Œå¯ä»¥åˆ†ä¸ºè¿žç»å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨å’Œè„‰å†²å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨ï¼›æ ¹æ®è°æŒ¯è…”结构ä¸åŒï¼Œå¯ä»¥åˆ†ä¸ºçº¿å½¢è…”光纤激光器ã€åˆ†å¸ƒå馈å¼å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨å’ŒçŽ¯å½¢è…”å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨ï¼›æ ¹æ®å¢žç›Šå…‰çº¤å’Œæ³µæµ¦æ–¹å¼çš„ä¸åŒï¼Œå¯ä»¥åˆ†ä¸ºå•包层光纤激光器(纤芯泵浦)å’ŒåŒåŒ…层光纤激光器(包层泵浦)。在1961年,斯尼泽就在掺钕(Nd)的玻璃波导ä¸å‘现了激光è¾å°„。1966å¹´ï¼Œé«˜é”Ÿè¯¦ç»†ç ”ç©¶äº†å…‰çº¤ä¸å…‰è¡°å‡çš„主è¦åŽŸå› ï¼Œå¹¶æŒ‡å‡ºäº†å…‰çº¤åœ¨é€šä¿¡ä¸å®žé™…应用所需è¦è§£å†³çš„ä¸»è¦æŠ€æœ¯é—®é¢˜ã€‚1970年,美国的康å®å¼€å‘出衰å‡å°äºŽ20分è´ï¼åƒç±³çš„å…‰çº¤ï¼Œä¸ºå…‰é€šä¿¡å’Œå…‰ç”µåæŠ€æœ¯äº§ä¸šçš„å‘å±•å¥ å®šäº†åŸºç¡€ã€‚è¿™ä¸€æŠ€æœ¯çªç ´ä¹Ÿæžå¤§åœ°ä¿ƒè¿›äº†å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨çš„å‘展。20世纪å年代,åŠå¯¼ä½“激光器技术的æˆç†Ÿå’Œå•†å“化为光纤激光器的å‘展æä¾›äº†å¯é 而åˆå¤šæ ·åŒ–的泵浦æºã€‚与æ¤åŒæ—¶ï¼ŒåŒ–妿°”相沉积法的å‘å±•ä½¿å¾—å…‰çº¤çš„ä¼ è¾“æŸè€—䏿–é™ä½Žã€‚光纤激光器也å‘ç€å¤šæ ·åŒ–的方å‘迅速å‘å±•ï¼Œå…‰çº¤ä¸æŽºæ‚多ç§ç¨€åœŸå…ƒç´ ,如铒(Er3+)ã€é•±(Yb3+)ã€é’•(Nd3+)ã€é’(Sm3+)ã€é“¥(Tm3+)ã€é’¬(Ho3+)ã€é•¨(Pr3+)ã€é•(Dy3+)ã€é“‹(Bi3+)ç‰ã€‚æ ¹æ®æ‰€æŽºæ‚的离åä¸åŒï¼Œå¯ä»¥å®žçްä¸åŒæ³¢é•¿çš„æ¿€å…‰è¾“出。满足ä¸åŒçš„åº”ç”¨è¦æ±‚。
总而言之,从整个激光技术的å‘展趋势æ¥çœ‹ï¼Œå…‰çº¤æ¿€å…‰æŠ€æœ¯ä»£è¡¨äº†é«˜åŠŸçŽ‡ã€é«˜äº®åº¦æ¿€å…‰çš„å‘展方å‘.它把波导光纤技术与åŠå¯¼ä½“激光泵浦技术有机地èžä¸ºä¸€ä½“ã€‚ä»¥å…‰çº¤ä¸ºè½½ä½“çš„é«˜åŠŸçŽ‡å…‰çº¤æ¿€å…‰æœ‰æœ›æ»¡è¶³æœªæ¥æ¿€å…‰å…ˆè¿›åˆ¶é€ 和国防ç‰é¢†åŸŸå¯¹é«˜åŠŸçŽ‡ã€çŽ‡æ¿€å…‰å™¨çš„è¿«åˆ‡éœ€æ±‚ï¼Œæ˜¯ä¸€ç§å¯¹å›½æ°‘ç»æµŽå’Œå›½å®¶å®‰å…¨å‡æœ‰é‡è¦æˆ˜ç•¥æ„ä¹‰çš„å‰æ²¿æŠ€æœ¯ã€‚高功率光纤激光器在能æºå‹˜æŽ¢ã€å¤§ç§‘å¦è£…ç½®ã€ç©ºé—´ç§‘å¦ã€çŽ¯å¢ƒç§‘å¦ç‰é¢†åŸŸä¹Ÿè¡¨çŽ°å‡ºäº†å·¨å¤§çš„åº”ç”¨æ½œåŠ›ï¼Œå°†ä¼šæˆä¸ºäººç±»è®¤è¯†ä¸–ç•Œã€æ”¹é€ 世界的有力工具。
½ð²©±¦ÍøÕ¾-*æ–°å’¨è¯¢ï¼šå®‰å¾½å…‰çº¤æ¿€å…‰æ‰“å”æœºæ‰¾å“ªå®¶(2024æ›´æ–°æˆåŠŸ)(今日/报é“), 在外观上,PCFä¸Žä¼ ç»Ÿçš„å•æ¨¡å…‰çº¤éžå¸¸ç›¸ä¼¼ï¼Œä½†åœ¨å¾®è§‚上å´è¡¨çŽ°å‡ºå¤æ‚çš„å”é˜µç»“æž„ã€‚æ£æ˜¯è¿™äº›ç»“构特点,赋予了PCF独特的ã€ä¼ ç»Ÿå…‰çº¤æ— æ³•æ¯”æ‹Ÿçš„ä¼—å¤šä¼˜ç‚¹ï¼Œå¦‚æ— æˆªæ¢å•æ¨¡ä¼ è¾“ã€å¤§æ¨¡åœºé¢ç§¯ã€è‰²æ•£å¯è°ƒå’Œä½Žé™åˆ¶æŸè€—ç‰æ€§èƒ½ï¼Œå¯ä»¥å…‹æœä¼ 统激光器的诸多难题。比如,PCFå¯ä»¥åœ¨å®žçŽ°å¤§æ¨¡åœºé¢ç§¯ä¸‹çš„啿¨¡è¿è½¬ï¼Œåœ¨ä¿è¯å…‰æŸè´¨é‡çš„åŒæ—¶ï¼Œæ˜¾è‘—é™ä½Žå…‰çº¤ä¸çš„æ¿€å…‰åŠŸçŽ‡å¯†åº¦ã€å‡å°å…‰çº¤ä¸çš„éžçº¿æ€§æ•ˆåº”ã€æé«˜å…‰çº¤çš„æŸä¼¤é˜ˆå€¼ï¼›å¯å®žçŽ°å¤§æ•°å€¼å”径,这æ„味ç€å¯ä»¥å®žçŽ°æ›´å¤šçš„æ³µæµ¦å…‰è€¦åˆã€æ›´é«˜åŠŸçŽ‡æ¿€å…‰çš„è¾“å‡ºã€‚PCFçš„è¿™äº›ä¼˜ç‚¹ï¼Œå¼•èµ·äº†ä¸–ç•ŒèŒƒå›´å†…çš„ä¸€ç³»åˆ—ç ”ç©¶çƒæ½®ï¼Œä½¿å®ƒæˆä¸ºå…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨ä¸ä¸€ä¸ªæ–°çš„ç ”ç©¶äº®ç‚¹ï¼Œåœ¨é«˜åŠŸçŽ‡å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨çš„åº”ç”¨ä¸å‘挥ç€è¶Šæ¥è¶Šé‡è¦çš„ä½œç”¨ã€‚ä»¥å…‰çº¤ä½œä¸ºæ¿€å…‰å¢žç›Šä»‹è´¨çš„æ¿€å…‰å™¨è¢«ç§°ä¸ºå…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨ã€‚ä¸Žå…¶ä»–ç±»åž‹çš„æ¿€å…‰å™¨ä¸€æ ·ï¼Œç”±å¢žç›Šä»‹è´¨ã€æ³µæµ¦æºå’Œè°æŒ¯è…”个部分组æˆã€‚å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨ä½¿ç”¨çº¤èŠ¯ä¸æŽºæ‚æœ‰ç¨€åœŸå…ƒç´ 的有æºå…‰çº¤ä½œä¸ºå¢žç›Šä»‹è´¨ã€‚一般采用åŠå¯¼ä½“激光器作为泵浦æºã€‚è€Œè°æŒ¯è…”则一般利用å射镜ã€å…‰çº¤ç«¯é¢ã€å…‰çº¤çŽ¯å½¢é•œæˆ–å…‰çº¤å…‰æ …ç‰å™¨ä»¶æž„æˆã€‚
åœ¨é¥æ„Ÿé¢†åŸŸï¼Œä¸çº¢å¤–光纤激光器如掺铒光纤激光器和掺铥光纤激光器的输出波长ä½äºŽå¤§æ°”窗å£ï¼Œèƒ½å¤Ÿä½ŽæŸè€—åœ°ç©¿è¿‡å¤§æ°”ã€‚å°¤å…¶æ˜¯æŽºé“¥å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨åœ¨äººçœ¼å®‰å…¨æ³¢æ®µæ›´å®¹æ˜“èŽ·å¾—é«˜åŠŸçŽ‡è¾“å‡ºï¼Œåœ¨åŠŸçŽ‡æ”¾å¤§æ–¹é¢æ›´å…·æœ‰ä¼˜åŠ¿ã€‚å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨çš„å¦å¤–一个优点是简æ´å°å·§ã€ä¾¿æºæ€§å¥½ï¼Œè¿™å°†æœ‰åŠ©äºŽé™ä½Žèˆªç©ºæˆ–航天飞行载具的负è·ã€‚
½ð²©±¦ÍøÕ¾-*æ–°å’¨è¯¢ï¼šå®‰å¾½å…‰çº¤æ¿€å…‰æ‰“å”æœºæ‰¾å“ªå®¶(2024æ›´æ–°æˆåŠŸ)(今日/报é“), 高功率光纤激光器也有难以克æœçš„缺点:一是易å—éžçº¿æ€§æ•ˆåº”çš„åˆ¶çº¦ã€‚å…‰çº¤æ¿€å…‰ç”±äºŽå…¶æ³¢å¯¼çš„å‡ ä½•ç»“æž„ï¼Œæœ‰æ•ˆé•¿åº¦è¾ƒé•¿ï¼Œå„ç§éžçº¿æ€§æ•ˆåº”的阈值较低。一些有害的éžçº¿æ€§æ•ˆåº”如嗿¿€æ‹‰æ›¼æ•£å°„(SRS)ã€è‡ªç›¸ä½è°ƒåˆ¶(SPM)ç‰ä¼šé€ æˆç›¸ä½çš„èµ·ä¼å’Œé¢‘谱上能é‡çš„转移,甚至是激光系统的æŸä¼¤ï¼Œé™åˆ¶äº†é«˜åŠŸçŽ‡å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨çš„å‘å±•ã€‚æ˜¯å…‰åæš—化效应。éšç€æ³µæµ¦ä½œç”¨æ—¶é—´çš„å¢žåŠ ï¼Œå…‰åæš—åŒ–æ•ˆåº”ä¼šå¯¼è‡´é«˜æŽºæ‚æµ“åº¦çš„æŽºç¨€åœŸå…ƒç´ å…‰çº¤çš„åŠŸçŽ‡è½¬æ¢æ•ˆçއå•è°ƒä¸å¯é€†åœ°ä¸‹é™ï¼Œåˆ¶çº¦ç€é«˜åŠŸçŽ‡å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨çš„é•¿æœŸç¨³å®šæ€§å’Œä½¿ç”¨å¯¿å‘½ï¼Œè¿™ä¸€ç‚¹åœ¨æŽºé•±çš„é«˜åŠŸçŽ‡å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨ä¸å°¤ä¸ºæ˜Žæ˜¾ã€‚éšç€é«˜äº®åº¦å…‰çº¤è€¦åˆåŠå¯¼ä½“激光器和åŒåŒ…层光纤技术的进æ¥ï¼Œé«˜åŠŸçŽ‡å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨çš„è¾“å‡ºåŠŸçŽ‡ã€å…‰å…‰è½¬æ¢æ•ˆçŽ‡å’Œå…‰æŸè´¨é‡å¾—到了长足å‘å±•ã€‚åœ¨å·¥ä¸šåŠ å·¥ã€å®šå‘能æ¦å™¨ã€é•¿è·ç¦»é¥æµ‹ã€æ¿€å…‰é›·è¾¾ç‰åº”用领域的巨大需求牵引下,以美国阿帕奇光电(IPG Photonics)ã€é’®èЬ(Nufern)ã€æ©è€(Nlight)å’Œå¾·å›½é€šå¿«é›†å›¢ä¸ºä¸»çš„ç ”ç©¶å•ä½å¯¹è¿žç»æ³¢ã€è„‰å†²æ³¢é«˜åŠŸçŽ‡å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨è¿›è¡Œäº†ç§¯æžç ”å‘,推出了丰富的产å“线。国内清åŽå¤§å¦ã€å›½é˜²ç§‘技大å¦ã€ä¸ç§‘院上海光å¦ç²¾å¯†æœºæ¢°ç ”究所和ä¸å›½èˆªå¤©ç§‘å·¥é›†å›¢ç¬¬ç ”ç©¶é™¢ç‰å¤šå®¶å•ä½ä¹ŸæŠ¥é“äº†ä»¤äººæŒ¯å¥‹çš„æˆæžœã€‚
为了克æœå¸¸è§„啿¨¡å•包层掺镱(Yb3+)光纤对转化效率和输出功率的é™åˆ¶ï¼Œèޫ勒(R.Maurer)在1974年首先æå‡ºäº†åŒåŒ…层光纤的概念。æ¤åŽç›´åˆ°1988年斯尼泽(E.Snitzer)ç‰äººæå‡ºäº†åŒ…å±‚æ³µæµ¦æŠ€æœ¯ï¼Œé«˜åŠŸçŽ‡æŽºé•±å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨ï¼æ”¾å¤§å™¨æ‰å¾—以快速å‘展。åŒåŒ…层光纤是一ç§å…·æœ‰ç‰¹æ®Šç»“æž„çš„å…‰çº¤ï¼Œæ¯”å¸¸è§„å…‰çº¤å¢žåŠ äº†ä¸€ä¸ªå†…åŒ…å±‚ï¼Œç”±æ¶‚è¦†å±‚ã€å†…包层ã€å¤–åŒ…å±‚ã€æŽºæ‚纤芯所构æˆã€‚包层泵浦技术以åŒåŒ…å±‚å…‰çº¤ä¸ºåŸºç¡€ï¼Œå…¶æ ¸å¿ƒåœ¨äºŽè®©å¤šæ¨¡æ³µæµ¦å…‰åœ¨å†…åŒ…å±‚ä¸ä¼ 输,激光在纤芯ä¸ä¼ è¾“ï¼Œä½¿å¾—æ³µæµ¦è½¬æ¢æ•ˆçŽ‡å’Œå…‰çº¤æ¿€å…‰çš„è¾“å‡ºåŠŸçŽ‡éƒ½èƒ½å¾—åˆ°è¾ƒå¤§çš„æé«˜ã€‚åŒåŒ…层光纤的结构ã€å†…åŒ…å±‚çš„å½¢çŠ¶ã€æ³µæµ¦å…‰è€¦åˆæ–¹å¼ç‰æ˜¯è¿™é¡¹æŠ€æœ¯çš„关键所在。åŒåŒ…层光纤的纤jå·ç”±æŽºç¨€åœŸå…ƒç´ 的氧化硅(SiO2)æž„æˆï¼Œåœ¨å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨ä¸æ—¢æ˜¯æ¿€å…‰ä»‹è´¨åˆæ˜¯æ¿€å…‰ä¿¡å·çš„ä¼ è¾“é€šé“,对应工作波长一般通过设计其数值å”径和芯径直径å‡å°å…¶V傿•°ï¼Œä»¥ä¿è¯è¾“出激光是基横模。内包层横å‘尺寸(常规纤芯直径的数åå€)和数值å”径比纤芯大得多,折射率比纤芯å°ï¼Œå¯é™åˆ¶æ¿€å…‰åœ¨çº¤èŠ¯å†…ä¼ æ’ã€‚è¿™æ ·åœ¨çº¤èŠ¯å’Œå¤–åŒ…å±‚ä¹‹é—´å½¢æˆäº†ä¸€ä¸ªå¤§æˆªé¢ã€å¤§æ•°å€¼å”径的光波导,它å¯ä»¥å…许大数值å”径ã€å¤§æˆªé¢å’Œå¤šæ¨¡çš„高功率泵浦光耦åˆåˆ°å…‰çº¤ä¸ï¼Œå¹¶è¢«é™åˆ¶åœ¨å†…åŒ…å±‚ä»¥å†…ä¼ è¾“ï¼Œä¸æ‰©æ•£ï¼Œæœ‰åˆ©äºŽä¿æŒé«˜åŠŸçŽ‡å¯†åº¦å…‰æ³µæµ¦ã€‚å¤–åŒ…å±‚æ˜¯ç”±æŠ˜å°„çŽ‡æ¯”å†…åŒ…å±‚å°çš„èšåˆç‰©ææ–™æž„æˆï¼›å¤–å±‚æ˜¯ç”±æœ‰æœºææ–™æž„æˆçš„ä¿æŠ¤å±‚ã€‚åŒåŒ…层光纤对泵浦光的耦åˆé¢ç§¯ç”±å†…包层尺寸决定,而ä¸åƒä¼ ç»Ÿå•æ¨¡å…‰çº¤ä»…ç”±çº¤èŠ¯å†³å®šã€‚è¿™æ ·åŒåŒ…层光纤构æˆäº†ä¸€ç§åŒå±‚çš„æ³¢å¯¼ç»“æž„ï¼Œä¸€æ–¹é¢æé«˜äº†äººçº¤æ¿€å…‰çš„åŠŸçŽ‡è€¦åˆæ•ˆçŽ‡ï¼Œä½¿æ³µæµ¦å…‰åœ¨å†…åŒ…å±‚å†…ä¼ å¯¼æ—¶ï¼Œå¤šæ¬¡ç©¿è¶Šçº¤èŠ¯æ¿€å‘æŽºæ‚离åå‘射激光;å¦ä¸€æ–¹é¢è¾“出光æŸè´¨é‡ç”±çº¤èŠ¯æ€§è´¨å†³å®šï¼Œå†…åŒ…å±‚çš„å¼•å…¥æ²¡æœ‰ç ´å光纤激光器输出的光æŸè´¨é‡ã€‚
½ð²©±¦ÍøÕ¾-*æ–°å’¨è¯¢ï¼šå®‰å¾½å…‰çº¤æ¿€å…‰æ‰“å”æœºæ‰¾å“ªå®¶(2024æ›´æ–°æˆåŠŸ)(今日/报é“), 本文作者楼祺洪ã€å¼ æµ·æ³¢ã€è¢å¿—军,上海光å¦ç²¾å¯†æœºæ¢°ç ”究所,由激光行业观察整ç†ï¼Œæ¿€å…‰å¤©åœ°ï¼Œä»…供交æµå¦ä¹ 之用,感谢ï¼å…‰çº¤æ˜¯å…‰å¯¼çº¤ç»´çš„简称,通常是一ç§åœ†æŸ±å½¢çš„光波波导。它利用全åå°„çš„åŽŸç†æŠŠå…‰æ³¢çº¦æŸåœ¨çº¤èŠ¯ï¼Œå¹¶å¼•å¯¼å…‰æ³¢æ²¿ç€å…‰çº¤è½´çº¿æ–¹å‘ä¼ è¾“ã€‚ç”¨çŸ³è‹±çŽ»ç’ƒä»£æ›¿é“œçº¿æ”¹å˜äº†ä¸–界。光纤作为一ç§ä¼ 导光波的介质,自1966年被高锟æå‡ºä»¥æ¥ï¼Œå‡å€Ÿå…¶é€šä¿¡å®¹é‡å¤§ã€æŠ—干扰能力强ã€ä¼ 输æŸè€—低ã€ä¸ç»§è·ç¦»é•¿ã€ä¿å¯†æ€§èƒ½å¥½ã€é€‚应能力强ã€ä½“积å°ã€é‡é‡è½»ã€åŽŸææ–™æ¥æºä¸°å¯Œç‰ä¼˜ç‚¹è¢«å¹¿æ³›åº”用。被人们称为“光纤â€çš„é«˜é”Ÿä¹Ÿå› æ¤èŽ·å¾—äº†2009年的诺è´å°”物ç†å¦å¥–。éšç€å…‰çº¤æ€§èƒ½çš„æ—¥è¶‹å®Œç¾Žå’Œå®žç”¨åŒ–,光纤对电信行业的å˜é©äº§ç”Ÿäº†é©å‘½æ€§çš„æŽ¨åŠ¨ï¼Œå®ƒå·²ç»åŸºæœ¬å–代铜线æˆäº†çŽ°ä»£é€šä¿¡ä¸çš„æ ¸å¿ƒç»„æˆéƒ¨åˆ†ã€‚光纤激光器的增益介质为有æºå…‰çº¤ï¼ŽæŒ‰å…¶ç»“æž„å¯ä»¥åˆ†ä¸ºå•模光纤,åŒåŒ…å±‚å…‰çº¤å’Œå…‰åæ™¶ä½“光纤ç§ã€‚啿¨¡å…‰çº¤å•模光纤由纤芯ã€åŒ…层和涂覆层组æˆï¼Œå…¶ä¸çº¤èŠ¯ææ–™çš„æŠ˜å°„率n1ï¼Œæ¯”åŒ…å±‚ææ–™æŠ˜å°„率n2è¦é«˜ï¼Žå½“入射光的入射角大于临界角时,光æŸåœ¨çº¤èН内å‘生全å‘å°„ï¼Œå› è€Œå…‰çº¤èƒ½å¤Ÿå°†å…‰æŸç¼šåœ¨çº¤èŠ¯å†…ä¼ æ’ã€‚å•æ¨¡å…‰çº¤çš„内包层对多模泵浦光ä¸èƒ½èµ·åˆ°çº¦æŸä½œç”¨ï¼Œå¹¶ä¸”纤芯的数值å”å¾„ä½Žï¼Œå› æ¤åªèƒ½é‡‡ç”¨å•模泵浦光耦åˆè¿›å…¥çº¤èНæ‰èƒ½èŽ·å¾—æ¿€å…‰è¾“å‡ºã€‚æ—©æœŸçš„å…‰çº¤æ¿€å…‰å™¨éƒ½æ˜¯é‡‡ç”¨è¿™ç§å•æ¨¡å…‰çº¤ï¼Œå¯¼è‡´è€¦åˆæ•ˆçŽ‡ä½Žï¼Œæ¿€å…‰å™¨åªæœ‰æ¯«ç“¦é‡çº§çš„输出功率。