光纖激光器

概述

       光纖激光器（Fiber Laser）應用范圍非常廣泛，包括激光光纖通訊、激光空間遠距通訊、工業(yè)造船、汽車制造、激光雕刻激光打標激光切割、印刷制輥、金屬非金屬鉆孔/切割/焊接（銅焊、淬水、包層以及深度焊接）、軍事國防安全、醫(yī)療器械儀器設(shè)備、大型基礎(chǔ)建設(shè)，作為其他激光器的泵浦源等等。

類型

       按照光纖材料的種類，光纖激光器可分為：

       1．晶體光纖激光器。工作物質(zhì)是激光晶體光纖，主要有紅寶石單晶光纖激光器和nd3+：YAG單晶光纖激光器等。

       2．非線性光學型光纖激光器。主要有受激喇曼散射光纖激光器和受激布里淵散射光纖激光器。
 

       3．稀土類摻雜光纖激光器。光纖的基質(zhì)材料是玻璃，向光纖中摻雜稀土類元素離子使之激活，而制成光纖激光器。

       4．塑料光纖激光器。向塑料光纖芯部或包層內(nèi)摻入激光染料而制成光纖激光器。

       光纖激光器是一種以光纖為放大介質(zhì)的激光器，它使用稀土離子的光學放大特性。根據(jù)不同的分類方式，光纖激光器可以分為多種類型。以下是對光纖激光器類型的詳細歸納：

按增益介質(zhì)分類

       晶體光纖激光器：工作物質(zhì)是激光晶體光纖，主要有紅寶石單晶光纖激光器和Nd3+:YAG單晶光纖激光器等。

       非線性光學型光纖激光器：主要有受激喇曼散射光纖激光器和受激布里淵散射光纖激光器。

       稀土類摻雜光纖激光器：向光纖中摻雜稀土類元素離子使之激活（如Nd3+、Er3+、Yb3+、Tm3+等，基質(zhì)可以是石英玻璃、氟化鋯玻璃、單晶）而制成光纖激光器。稀土摻雜光纖激光器問世最早，目前發(fā)展也最為迅速，并有望最早進入實用化階段，而成為固體和半導體激光器的有力競爭者。

       塑料光纖激光器：向塑料光纖芯部或包層內(nèi)摻入激光染料而制成光纖激光器。

按諧振腔結(jié)構(gòu)分類

       F-P腔

       環(huán)形腔

       環(huán)路反射器光纖諧振腔

       “8”字形腔

       DBR光纖激光器

       DFB光纖激光器

按光纖結(jié)構(gòu)分類

       單包層光纖激光器

       雙包層光纖激光器

       光子晶體光纖激光器

       特種光纖激光器

按輸出激光特性分類

       連續(xù)光纖激光器：適用于醫(yī)療、科學研究等領(lǐng)域。

       脈沖光纖激光器：能夠以非常快的速度產(chǎn)生高強度激光脈沖，適用于材料加工、精密測量等領(lǐng)域。根據(jù)脈沖形成原理又可分為調(diào)Q光纖激光器（脈沖寬度為ns量級）和鎖模光纖激光器（脈沖寬度為ps或fs量級）。

按輸出激光波長分類

       S-波段：1460~1530 nm

       C-波段：1530~1565 nm

       L-波段：1565~1610 nm

       可調(diào)諧單波長激光器

       可調(diào)諧多波長激光器

按其他特性分類

       單模光纖激光器：纖芯較細，發(fā)出的是典型的高斯光束，能量非常集中，光束質(zhì)量優(yōu)于多模激光器，適用于需要高精度和高質(zhì)量的應用，如1mm及以下不銹鋼/碳鋼薄板的切割，以及熱傳導焊。

       多模光纖激光器：能量分布近似一個倒扣的杯子，比較平均，光束質(zhì)量相對較差，但在需要高功率輸出的應用中更為合適，如2mm及以上的厚板切割，以及深熔焊。

       此外，還有根據(jù)光纖材料的種類進行分類的方式，但基本與前述分類方式重疊，不再贅述。

       綜上所述，光纖激光器類型多樣，各具特色，適用于不同的應用領(lǐng)域和場景。在選擇光纖激光器時，需要根據(jù)具體的加工需求和工藝要求來決定使用哪種類型的激光器。

結(jié)構(gòu)

       激光信號的產(chǎn)生需具備粒子數(shù)反轉(zhuǎn)、存在光反饋和達到激光閾值三個基本條件，因此激光器是由工作物質(zhì)、泵浦源和諧振腔三部分組成。光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)如下，增益光纖為產(chǎn)生光子的增益介質(zhì)；抽運光的作用是作為外部能量使增益介質(zhì)達到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，也就是泵浦源；光學諧振腔由兩個反射鏡組成，作用是使光子得到反饋并在工作介質(zhì)中得到放大。抽運光進入增益光纖后被吸收，進而使增益介質(zhì)中能級粒子數(shù)發(fā)生反轉(zhuǎn)，當諧振腔內(nèi)的增益高于損耗時在兩個反射鏡之間便會形成激光振蕩，產(chǎn)生激光信號輸出。

優(yōu)勢

       光纖激光器作為第三代激光技術(shù)的代表，具有以下優(yōu)勢：

       （1）玻璃光纖制造成本低、技術(shù)成熟及其光纖的可饒性所帶來的小型化、集約化優(yōu)勢。

       （2）玻璃光纖對入射泵浦光不需要像晶體那樣的嚴格的相位匹配，這是由于玻璃基質(zhì)Stark 分裂引起的非均勻展寬造成吸收帶較寬的緣故。

       （3）玻璃材料具有極低的體積面積比，散熱快、損耗低，所以上轉(zhuǎn)換效率較高，激光閾值低。

       （4）輸出激光波長多：這是因為稀土離子能級非常豐富及其稀土離子種類之多。

       （5）可調(diào)諧性：由于稀土離子能級寬和玻璃光纖的熒光譜較寬。

       （6）由于光纖激光器的諧振腔內(nèi)無光學鏡片，具有免調(diào)節(jié)、免維護、高穩(wěn)定性的優(yōu)點，這是傳統(tǒng)激光器無法比擬的。

       （7）光纖導出，使得激光器能輕易勝任各種多維任意空間加工應用，使機械系統(tǒng)的設(shè)計變得非常簡單。

       （8）勝任惡劣的工作環(huán)境，對灰塵、震蕩、沖擊、濕度、溫度具有很高的容忍度。

       （9）不需熱電制冷和水冷，只需簡單的風冷。

       （10）高的電光效率：綜合電光效率高達20%以上，大幅度節(jié)約工作時的耗電，節(jié)約運行成本。

       （11）高功率,目前商用化的光纖激光器是六千瓦。 

高功率的光纖激光器及其包層泵浦技術(shù)

       雙包層光纖的出現(xiàn)無疑是光纖領(lǐng)域的一大突破，它使得高功率的光纖激光器和高功率的光放大器的制作成為現(xiàn)實。自1988年E Snitzer首次描述包層泵浦光纖激光器以來，包層泵浦技術(shù)已被廣泛地應用到光纖激光器和光纖放大器等領(lǐng)域，成為制作高功率光纖激光器首選途徑。

       包層泵浦技術(shù)，由四個層次組成:①光纖芯;②內(nèi)包層;③外包層;④保護層。將泵光耦合到內(nèi)包層（內(nèi)包層一般采用異形結(jié)構(gòu)，有橢圓形、方形、梅花形、D形及其六邊形等等）,光在內(nèi)包層和外包層（一般設(shè)計為圓形） 之間來回反射,多次穿過單模纖芯被其吸收。這種結(jié)構(gòu)的光纖不要求泵光是單模激光,而且可對光纖的全長度泵浦,因此可選用大功率的多模激光二極管陣列作泵源,將約70%以上的泵浦能量間接地耦合到纖芯內(nèi),大大提高了泵浦效率。

       包層泵浦技術(shù)特性決定了該類激光器有以下幾方面的突出性能。

        1、高功率

       一個多模泵浦二極管模塊組可輻射出100瓦的光功率，多個多模泵浦二極管并行設(shè)置，即可允許設(shè)計出很高功率輸出的光纖激光器。

        2、無需熱電冷卻器

       這種大功率的寬面多模二極管可在很高的溫度下工作，只須簡單的風冷，成本低。

        3、很寬的泵浦波長范圍

       高功率的光纖激光器內(nèi)的活性包層光纖摻雜了鉺/鐿稀土元素，有一個寬且又平坦的光波吸收區(qū)(930-970nm),因此，泵浦二極管不需任何類型的波長穩(wěn)定裝置 。

       4、效率高

       泵浦光多次橫穿過單模光纖纖芯，因此其利用率高。

       5、高可靠性

       多模泵浦二極管比起單模泵浦二極管來其穩(wěn)定性要高出很多。其幾何上的寬面就使得激光器的斷面上的光功率密度很低且通過活性面的電流密度亦很低。這樣一來，泵浦二極管其可靠運轉(zhuǎn)壽命超過100萬小時。

       目前實現(xiàn)包層泵浦光纖激光器的技術(shù)概括起來可分為線形腔單端泵浦、線形腔雙端泵浦、全光纖環(huán)形腔雙包層光纖激光器三大類，不同特色的雙包層光纖激光器可由該三種基本類型拓展得到。

       OFC－2002的一篇文獻采用的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了輸出功率為3.8W、閾值為1.7W，傾斜效率高達85%的新型包層泵浦光纖激光器[1]。在產(chǎn)品技術(shù)方面，美國IPG公司異軍突起，已開發(fā)出700W的摻鐿雙包層光纖激光器，并宣稱將推出2000W的光纖激光器。

應用

1．標刻應用

       脈沖光纖激光器以其優(yōu)良的光束質(zhì)量，可靠性，最長的免維護時間，最高的整體電光轉(zhuǎn)換效率，脈沖重復頻率，最小的體積，無須水冷的最簡單、最靈活的使用方式，最低的運行費用使其成為在高速、高精度激光標刻方面的唯一選擇。 

       一套光纖激光打標系統(tǒng)可以由一個或兩個功率為25W的光纖激光器，一個或兩個用來導光到工件上的掃描頭以及一臺控制掃描頭的工業(yè)電腦組成。這種設(shè)計比用一個50W激光器分束到兩個掃描頭上的方式高出達4倍以上的效率。該系統(tǒng)最大打標范圍是175mm*295mm，光斑大小是35um，在全標刻范圍內(nèi)絕對定位精度是+/-100um。100um工作距離時的聚焦光斑可小到15um。

2．材料處理的應用

       光纖激光器的材料處理是基于材料吸收激光能量的部位被加熱的熱處理過程。1um左右波長的激光光能很容易被金屬、塑料及陶瓷材料吸收。

3 ．材料彎曲的應用

       光纖激光成型或折曲是一種用于改變金屬板或硬陶瓷曲率的技術(shù)。集中加熱和快速自冷切導致在激光加熱區(qū)域的可塑性變形，永久性改變目標工件的曲率。研究發(fā)現(xiàn)用激光處理的微彎曲遠比其他方式具有更高的精密度，同時，這在微電子制造是一個很理想的方法。

4．激光切割的應用

       隨著光纖激光器的功率不斷攀升，光纖激光器在工業(yè)切割方面得以被規(guī)?；瘧?。比如：用快速斬波的連續(xù)光纖激光器微切割不銹鋼動脈管。由于它的高光束質(zhì)量，光纖激光器可以獲得非常小的聚焦直徑和由此帶來的小切縫寬度正在刷新醫(yī)療器件工業(yè)的標準。

       由于其波段涵蓋了1.3μm和1.5μm兩個主要 通信 窗口，因此光纖激光器在光通信領(lǐng)域擁有不可替代的地位，大功率雙包層光纖激光器的研制成功使其在激光加工領(lǐng)域的市場需求也呈迅速擴展的趨勢。光纖激光器在激光加工領(lǐng)域的范圍和所需性能具體如下：軟焊和燒結(jié)：50－500W；聚合物和復合材料切割：200W－1kW；去激活：300W－1kW；快速印刷和打?。?0W－1kW；金屬淬火和涂敷：2－20kW；玻璃和硅切割：500 W－2kW。此外，隨著紫外光纖光柵寫入和包層泵浦技術(shù)的發(fā)展，輸出波段在紫光、藍光、綠光、紅光及近紅外光的波長上轉(zhuǎn)換光纖激光器已可以作為實用的全固化光源而廣泛應用于數(shù)據(jù)存儲，彩色顯示，醫(yī)學熒光診斷。遠紅外波長輸出的光纖激光器由于其結(jié)構(gòu)靈巧緊湊，能量和波長可調(diào)諧等優(yōu)點，也在激光醫(yī)療和生物工程等領(lǐng)域得到應用。

新型的光纖激光器技術(shù)

       早期對激光器的研制主要集中在研究短脈沖的輸出和可調(diào)諧波長范圍的擴展方面。今天，密集波分復用(DWDM)和光時分復用技術(shù)的飛速發(fā)展及日益進步加速和刺激著多波長光纖激光器技術(shù)、超連續(xù)光纖激光器等的進步。同時，多波長光纖激光器和超連續(xù)光纖激光器的出現(xiàn)，則為低成本地實現(xiàn)Tb/s的DWDM或OTDM傳輸提供理想的解決方案。就其實現(xiàn)的技術(shù)途徑來看，采用EDFA放大的自發(fā)輻射、飛秒脈沖技術(shù)、超發(fā)光二極管等技術(shù)均見報道。

我國光纖激光器目前研究進展

       2002年南開大學報道了在摻Y(jié)b3 + 雙包層光纖器中得到了脈寬4. 8ns 的自調(diào)Q 脈沖輸出和混合調(diào)Q 雙包層光纖激光中得到峰值功率大于8kW ,脈寬小于2ns 的脈沖輸出。

       2003年南開大學報道了利用脈沖泵浦獲得100kW 峰值功率的調(diào)Q 脈沖,以及得到的60nm 可調(diào)諧的調(diào)Q 脈沖。 

       2003年11月20日報道，上?？茖W家在激光領(lǐng)域取得新成果，成功開發(fā)出輸出功率高達107W的光纖激光器。此激光器的全稱為“高功率摻鐿雙包層光纖激光器”，與目前已有的激光器相比它的維護費用和功率消耗都要低得多，壽命是普通激光器的幾十倍。該課題組的負責人之一樓祺洪研究員告訴記者，激光打印有著廣泛的應用前景，與市民生活直接相關(guān)的如食品的生產(chǎn)日期、防偽標志等，若以激光打印代替現(xiàn)在的油墨打印清晰度高、永不褪色、難以仿冒、利于環(huán)保，具有國際流行的新趨勢。上?？茖W家研制的光纖激光器使光纖激光輸出功率又上升了一個新臺階，最大輸出功率達107W，已經(jīng)遙遙領(lǐng)先于全國同行。

       2004年，南開大學又報道了連續(xù)泵浦206kW峰值功率的調(diào)Q 脈沖。

       2004年12月3日，烽火通信報道，繼推出激光輸出功率達100W以上的雙包層摻鐿光纖后，經(jīng)過艱苦的攻關(guān)再創(chuàng)佳績，將該類新型光纖的輸出功率成功提高至440W，達到國際領(lǐng)先水平。

       這是烽火通信在特種光纖領(lǐng)域邁出的重要一步，同時也是我國在高功率激光器用光纖領(lǐng)域的重大突破。摻鐿雙包層光纖激光器是國際上新近發(fā)展的一種新型高功率激光器件，由于其具有光束質(zhì)量好、效率高、易于散熱和易于實現(xiàn)高功率等特點，近年來發(fā)展迅速，并已成為高精度激光加工、激光雷達系統(tǒng)、光通信及目標指示等領(lǐng)域中相干光源的重要候選者。雙包層摻鐿激光器的主要激光增益介質(zhì)是雙包層摻鐿光纖，因此雙包層摻鐿光纖的性能直接決定了該類激光器的轉(zhuǎn)換效率和輸出功率。烽火通信作為國內(nèi)唯一一家進行雙包層摻鐿光纖研究的單位，在成功推出輸出功率達100W以上的完全可商用的雙包層摻鐿光纖產(chǎn)品后，又加大的研發(fā)力度，使得其輸出功率實現(xiàn)440W以上，達到國際領(lǐng)先水平。

科研

       2023年6月，中國科學院上海光學精密機械研究所在特殊波長的飛秒超快光纖激光器研制方向取得重要進展。該團隊首次報道了一種基于色散管理、全保偏九字腔的978 nm飛秒摻鐿光纖激光器。

       2023年7月，加拿大拉瓦爾大學科學家開發(fā)出了第一臺可在電磁光譜的可見光范圍內(nèi)產(chǎn)生飛秒脈沖的光纖激光器，這種能產(chǎn)生超短、明亮可見波長脈沖的激光器可廣泛應用于生物醫(yī)學、材料加工等領(lǐng)域。

       光纖激光器（Fiber Laser）作為第三代激光技術(shù)的代表，其科研活動在全球范圍內(nèi)持續(xù)進行，并取得了顯著進展。以下是對光纖激光器科研方面的詳細介紹：

一、光纖激光器的基本原理與結(jié)構(gòu)

       光纖激光器是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器。其工作原理主要基于泵浦光的作用下光纖內(nèi)極易形成高功率密度，造成激光工作物質(zhì)的激光能級“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，當適當加入正反饋回路（構(gòu)成諧振腔）便可形成激光振蕩輸出。光纖激光器的基本結(jié)構(gòu)包括增益光纖（作為產(chǎn)生光子的增益介質(zhì)）、抽運光（作為外部能量使增益介質(zhì)達到粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，即泵浦源）和光學諧振腔（由兩個反射鏡組成，使光子得到反饋并在工作介質(zhì)中得到放大）。

二、光纖激光器的科研進展

       1、特殊波長光纖激光器的研發(fā)：

       中國科學院上海光學精密機械研究所高功率光纖激光技術(shù)實驗室在特殊波長的飛秒超快光纖激光器研制方向取得重要進展。該團隊首次報道了一種基于色散管理、全保偏九字腔的978 nm飛秒摻鐿光纖激光器。

       加拿大拉瓦爾大學研究團隊成功開發(fā)出了第一款能夠在電磁波譜可見光范圍內(nèi)產(chǎn)生飛秒脈沖的光纖激光器。這款激光器基于稀土摻雜氟化物光纖，發(fā)射波長為635 nm的紅光，具有出色的性能參數(shù)。

       2、高功率光纖激光器的研發(fā)：

       光纖激光器不斷向著更大功率、更高光束質(zhì)量的方向發(fā)展。例如，美國IPG公司已實現(xiàn)單光纖單模20 kW的光纖激光輸出。

       國內(nèi)外相關(guān)研究單位針對限制功率提升的非線性效應和熱效應等問題進行了大量的理論和實驗研究，提出了多種解決方案，如增大光纖有效模場面積、利用光譜控制技術(shù)抑制受激拉曼散射效應等。

       3、光纖激光器技術(shù)的創(chuàng)新與應用：

       光纖激光器技術(shù)不斷創(chuàng)新，提高了輸出功率、光束質(zhì)量和穩(wěn)定性等關(guān)鍵指標。例如，大族光子“極光”系列光纖激光器通過器件一體化技術(shù)、水冷板一體化封裝技術(shù)等核心技術(shù)突破，實現(xiàn)了高功率、輕量化、高效率和長期穩(wěn)定的性能。

       光纖激光器在激光光纖通訊、激光空間遠距通訊、工業(yè)造船、汽車制造、激光雕刻、激光打標、激光切割、印刷制輥、金屬非金屬鉆孔/切割/焊接、軍事國防安全、醫(yī)療器械儀器設(shè)備、大型基礎(chǔ)建設(shè)等多個領(lǐng)域得到了廣泛應用。

三、光纖激光器科研的未來趨勢

       隨著技術(shù)的進步和應用需求的不斷增加，光纖激光器的科研活動將繼續(xù)深入。未來趨勢可能包括：

       1、新波段、窄線寬、超短脈沖等方向的研究：以滿足光通信、光傳感、國防、醫(yī)療等領(lǐng)域?qū)饫w激光器激光發(fā)射波長和光束質(zhì)量的更高需求。

       2、高功率光纖激光器的進一步研究：針對非線性效應和熱效應等限制因素提出更有效的解決方案，實現(xiàn)更高功率的光纖激光輸出。

       3、光纖激光器技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應用：推動光纖激光器在更多領(lǐng)域的應用和發(fā)展，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

       綜上所述，光纖激光器科研活動在全球范圍內(nèi)持續(xù)活躍，并取得了顯著進展。未來隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應用需求的增加，光纖激光器將在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

結(jié)論

       光纖激光器作為第三代激光技術(shù)的代表，具有其他激光器無可比擬的技術(shù)優(yōu)越性。不過，我們認為，在短期內(nèi)，光纖激光器將主要聚焦在高端用途上隨光纖激光器的普及，成本的降低以及產(chǎn)能的提高，最終將可能會替代掉全球大部分高功率 CO2激光器和絕大部分YAG激光器。

助力3D打印

       隨著科技的飛速發(fā)展，3D打印技術(shù)已逐漸滲透到我們生活的方方面面。而在這一技術(shù)革新中，光纖激光器以其獨特的優(yōu)勢，正成為3D打印不可或缺的助力。

       光纖激光器，顧名思義，是以摻稀土元素的玻璃光纖為增益介質(zhì)產(chǎn)生激光輸出的裝置。它的基本工作原理是通過泵浦源發(fā)出的光，經(jīng)過反射鏡耦合進入摻稀土元素的光纖中，使稀土離子發(fā)生能級躍遷，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，最終通過諧振腔形成穩(wěn)定的激光輸出。這種激光器以其高效率、高光束質(zhì)量、小體積和長壽命等特點而廣受青睞。

       在3D打印領(lǐng)域，光纖激光器發(fā)揮著舉足輕重的作用。由于其光束質(zhì)量好，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的材料加工，因此在金屬粉末的選擇性激光燒結(jié)（SLS）或熔融（SLM）過程中，光纖激光器能夠提供穩(wěn)定且精確的能量輸出，確保打印件的精度和質(zhì)量。此外，光纖激光器的高轉(zhuǎn)換效率意味著在打印過程中能耗更低，這不僅降低了生產(chǎn)成本，還符合綠色環(huán)保的理念。

       當前，隨著3D打印技術(shù)的不斷進步，光纖激光器在這一領(lǐng)域的應用也在不斷拓展。從航空航天到醫(yī)療器械，從汽車制造到珠寶首飾，光纖激光器正助力3D打印技術(shù)在各個行業(yè)大放異彩。以航空航天領(lǐng)域為例，利用光纖激光器進行3D打印，可以制造出結(jié)構(gòu)復雜、精度要求高的零部件，大大提升了飛行器的性能和安全性。

       展望未來，光纖激光器在3D打印中的應用前景十分廣闊。隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新和成本的降低，光纖激光器將更加普及，進一步推動3D打印技術(shù)的普及和應用。同時，隨著新材料和新工藝的不斷涌現(xiàn)，光纖激光器也將面臨更多的挑戰(zhàn)和機遇，但其高精度、高效率的特點將始終是3D打印領(lǐng)域的核心競爭力。

       值得一提的是，光纖激光器助力3D打印的實例不勝枚舉。例如，在醫(yī)療器械領(lǐng)域，利用光纖激光器3D打印技術(shù)，可以定制出與患者骨骼結(jié)構(gòu)完美契合的植入物，大大提高了手術(shù)的成功率和患者的康復速度。這些實際應用案例充分證明了光纖激光器在3D打印中的不可或缺性。

       綜上所述，光纖激光器以其高精度、高效率的特點，正成為3D打印技術(shù)的重要推動力。在未來的發(fā)展中，我們有理由相信，光纖激光器將繼續(xù)助力3D打印技術(shù)走向更加廣闊的應用領(lǐng)域，為人類社會的進步貢獻更多力量。 

和二氧化碳激光器區(qū)別

       光纖激光器和二氧化碳激光器在多個方面存在顯著差異，這些差異主要體現(xiàn)在工作物質(zhì)、輸出波長、功率范圍、應用領(lǐng)域、光電轉(zhuǎn)化效率、切割質(zhì)量及速度、使用和維護成本等方面。以下是對這些區(qū)別的詳細分析：

一、工作物質(zhì)與輸出波長

       光纖激光器：使用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)。其輸出波長多樣，包括藍、綠、紅、近紅外等多種頻段，但用于工業(yè)加工的光纖激光器輸出波長通常為1.06μm。

       二氧化碳激光器：以CO2氣體作為工作物質(zhì)，屬于氣體激光器。其輸出波長為10.6微米，位于紅外區(qū)，肉眼無法直接覺察。

二、功率范圍

       光纖激光器：輸出功率范圍較廣，從幾百瓦到上千瓦不等，商用化的光纖激光器甚至可以達到六千瓦。

       二氧化碳激光器：常見的功率范圍主要在80W到600W之間，但某些高功率型號可以達到幾千瓦以上，尤其在工業(yè)材料加工領(lǐng)域，其功率需求可能更大。

三、應用領(lǐng)域

       光纖激光器：應用范圍非常廣泛，包括激光光纖通訊、激光空間遠距通訊、工業(yè)造船、汽車制造、激光雕刻、激光打標、激光切割、印刷制輥、金屬非金屬鉆孔/切割/焊接、軍事國防安全、醫(yī)療器械儀器設(shè)備、大型基礎(chǔ)建設(shè)等。此外，光纖激光器還常用作其他激光器的泵浦源。

       二氧化碳激光器：同樣廣泛應用于多個領(lǐng)域，特別是在激光切割、焊接、鉆孔和表面處理等方面表現(xiàn)出色。此外，它還在通訊、雷達、化學分析、激光誘發(fā)化學反應以及外科手術(shù)等領(lǐng)域有所應用。

四、光電轉(zhuǎn)化效率與切割性能

       光纖激光器：具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率，通常可達25%以上，這有助于降低運行成本并提升節(jié)能環(huán)保性能。在切割薄板（尤其是厚度3mm以下）時，光纖激光器具有顯著優(yōu)勢，切割速度快且斷面質(zhì)量較好。

       二氧化碳激光器：雖然光電轉(zhuǎn)化效率相對較低（約10%），但在切割厚板（厚度大于6mm）時逐漸顯現(xiàn)出其優(yōu)勢。此外，二氧化碳激光器的輸出光束質(zhì)量高、相干性好、線寬窄且工作穩(wěn)定。

五、使用與維護成本

       光纖激光器：一次性投入成本可能略高于二氧化碳激光器，但由于其高效的光電轉(zhuǎn)化率和較低的維護需求（如無需頻繁更換介質(zhì)氣體），長期運行成本相對較低。

       二氧化碳激光器：雖然初期投入成本可能較低，但由于其較低的光電轉(zhuǎn)化率和較高的維護需求（如需要定期點檢和更換介質(zhì)氣體），長期運行成本可能較高。

       綜上所述，光纖激光器和二氧化碳激光器各有其優(yōu)缺點和適用范圍。在選擇時，應根據(jù)具體的應用需求、預算限制以及長期運行成本等因素進行綜合考慮。

維修

       光纖激光器的維修是一個復雜且需要專業(yè)知識的過程，涉及多個方面的檢查和修復。以下是一些關(guān)鍵步驟和注意事項：

一、故障診斷

       在維修前，首先需要對光纖激光器進行全面的故障診斷，以確定具體的問題所在。常見的故障可能包括激光強度衰減、不出光、光斑質(zhì)量下降等。這些故障可能由多種原因引起，如激光器老化、光學元件污染或損壞、控制系統(tǒng)故障等。

二、維修步驟

       1. 激光二極管更換

       原因：激光二極管是光纖激光器的核心部件，長時間使用可能會導致其性能下降，進而引起功率衰減。

       操作：針對激光二極管老化導致的功率衰減，需要采取更換激光二極管的措施。更換過程中需要注意確保設(shè)備斷電，避免造成人員傷害。

       2. 光纖檢查與更換

       原因：光纖作為傳輸介質(zhì)，長時間使用可能會導致其性能下降，甚至斷裂，從而影響激光器的輸出功率。

       操作：對于光纖斷裂或老化問題，需要對光纖進行檢查和更換。更換過程中需要確保連接處的清潔和干燥，以避免空氣泄漏對設(shè)備性能產(chǎn)生影響。

       3. 冷卻系統(tǒng)檢修

       原因：光纖激光器運行過程中會產(chǎn)生大量熱量，如果冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可能會導致設(shè)備過熱，進而影響功率輸出。

       操作：針對冷卻系統(tǒng)故障，需要進行詳細的檢修。清理散熱片和風扇上的灰塵，檢查冷卻液是否充足，并對損壞的部件進行更換。

       4. 控制系統(tǒng)檢查與維修

       原因：控制系統(tǒng)故障可能會導致激光器無法正常啟動或運行不穩(wěn)定，進而影響輸出功率。

       操作：對于控制系統(tǒng)故障，需要檢查控制電路板和連接線是否正常。如發(fā)現(xiàn)異常，需進行相應的維修或更換。

三、注意事項

       1、安全操作：在維修過程中，需要注意設(shè)備的安全操作。確保設(shè)備已經(jīng)關(guān)閉并處于斷電狀態(tài)，避免意外觸電或設(shè)備損壞。

       2、專業(yè)人員操作：由于光纖激光器屬于高精度設(shè)備，建議由專業(yè)人員進行維修操作。非專業(yè)人員切勿嘗試自行維修，以免造成不必要的損失和風險。

       3、記錄維修過程：在維修過程中，建議記錄維修的步驟和結(jié)果，以便于日后的維護和管理。同時，也可以為其他維修人員提供參考和幫助。

       4、預防性維護：為了減少光纖激光器故障的發(fā)生，建議定期進行預防性維護。對設(shè)備進行定期檢查和清潔，及時發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，以確保設(shè)備的穩(wěn)定運行。

四、工具與備件準備

       在維修前，需要準備好必要的工具和備件，如螺絲刀、萬用表、光纖熔接機、新的激光二極管、光纖等。這些工具和備件將有助于快速定位故障并進行修復。

五、維修費用

       光纖激光器的維修費用因多種因素而異，包括激光器的型號和規(guī)格、故障類型和復雜程度、地理位置以及市場供求關(guān)系等。因此，在確定維修費用時，建議客戶與專業(yè)的激光器維修公司聯(lián)系，并提供詳細的故障描述和要求。維修公司會根據(jù)客戶的具體情況給出相應的報價。

       綜上所述，光纖激光器的維修需要專業(yè)人員進行操作，并遵循一定的步驟和注意事項。通過全面的故障診斷、專業(yè)的維修操作以及定期的預防性維護，可以確保光纖激光器的穩(wěn)定運行和延長其使用壽命。