光纖激光器英文名稱為Fiber Laser，指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質的激光器，其中摻鐿光纖是高功率摻鐿光纖激光系統最核心的器件之一，然而隨著光纖激光器輸出功率的提升，各種穩定性“殺手”比如橫向模式不穩定（Transverse Mode Instability, TMI）、受激拉曼散射（Stimulated Raman Scattering, SRS）現象以及熱損傷等浮出水面。
不久前，凱普林光纖激光器產品總監趙巨云線上分享《高功率光纖激光器前沿技術與創新應用》，詳細描述了如何狙擊光纖激光器穩定性“殺手”。本期，我們一起回顧。
光纖激光器主要由泵浦源、增益介質（有源光纖）、諧振腔三大部分構成。
諧振腔結構光纖激光器原理：通過前向和后向的合束器，將泵浦半導體激光器LD的功率經過光纖光柵（高發光柵HR、低反光柵OC）注入到摻鐿雙包層光纖（YDF）中。YDF中稀土離子吸收泵光后，形成粒子數反轉分布，產生自發輻射光，然后在光纖光柵對（HR-OC）的作用下形成受激輻射光放大產生激光，并經過OC和輸出光纜QBH輸出出來。
放大器結構光纖激光器原理：與諧振腔相似，所不同的是通過前級的種子源激光器來減少了系統對單元器件承受功率的要求。進而可以得到更高的功率。
諧振腔結構光纖激光器
放大器結構光纖激光器
光纖摻雜特性影響（摻雜濃度和摻雜區域半徑） 暗化的影響信號特性的影響（信號光功率、信號強度噪音、信號初始高階模比例、信號光波長、信號強度調制） 泵浦特性影響（泵浦功率、泵浦波長、泵浦強度調制） 泵浦方式的影響（前向泵浦、后向泵浦、側向泵浦和雙向泵浦） 光纖材料的影響
光纖芯徑/包層直徑、光纖纖芯數值孔徑
高階模損耗
系統制冷能力
光纖保偏特性
信號光線寬
增強增益飽和（減小纖芯包層比、改變半導體泵浦源的波長、改變泵浦光注入方向、增加注入信號功率 、同帶泵浦、改變信號波長）
減少光纖熱源
增強光纖熱光性能
提高彎曲損耗（減少彎曲半徑、減小纖芯數值孔徑、優化光纖盤繞方法、減少纖芯直徑、增加信號光波長）
優化光纖設計
增加信號光譜寬
從整機來說，光纖激光器內部由光、機、電三部分組構成。光的構成部分就是我在報告上提到三大塊：泵浦源、諧振腔、增益介質，泵浦源就是半導體激光器，諧振腔就是通過光柵合束器構成的，增益介質就是有源光纖。 激光器內部諧振腔熔點溫度高的原因其實很多，這是一個很復雜的工藝問題。可能是由光纖的匹配、熔接質量、泵浦吸收轉化這些因素造成的。對于這種光纖匹配來說呢，一般我們會選擇相同類型的光纖激光器，盡量芯徑相同，最起碼包層直徑更接近一些，這樣會減少熔接匹配損耗。還有熔接質量，就是我們熔接機的各種熔接參數設置可以有很多優化區域，通過大小調整等方法優化參數。還有一個是泵浦轉化率，我們在選擇泵浦源、有源光纖的時候要做更多優化。另外，整個散熱設計更優的話，可以達到更好的效果。 切割是一個工藝過程，相對比較復雜，光纖激光器本身的輸出特性也很多，就像功率、光譜等這些因素每臺激光器是不一樣的，而這些因素都會對切割產生一定的影響。同時，切割的時候還涉及到切割頭、噴嘴、板材等等，這個綜合性的變量很多，所以很難說兩臺激光器切割效果一模一樣。但現在我們都在努力提升激光器的整體容差，切割工藝的容差提高了，面對各種變量也可以達到相對一致的切割效果，完全一致目前還是很難辦到的。
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