超快光纤激光器的应用优势及未来发展

超快光纤激光器的应用优势

超快光纤激光器作为新一代激光器，可以理解为超快技术与光纤激光的结合，结合了超快激光和光纤激光的双重优势。10年前，超快光纤激光器仍停留在基础科研领域，运用于科研机构的实验室中，在非线性光学、激光光谱学、精密光学测量、太赫兹等科研领域作为强有力的研究工具，起着重要作用。随着超快光纤激光制造技术的快速发展，核心器件如泵浦源、双包层光纤、光纤光栅等制造工艺的完善和成本的降低，超快光纤激光器在近年来走向市场，转化落实在产业化应用中。

以稀土元素掺杂的光纤作为激光增益介质的超快光纤激光器，由于光纤表面积大、易于散热，能够做到小型化、高效率且低成本，在实际应用中优势凸显。同时，超快激光与传统长脉冲以及连续激光相比，具有独特的优势。由于超快激光与材料相互作用的时间极短，将能量极快地注入很小的作用区域，瞬间高能量密度沉积使电子吸收和运动方式发生变化，在根本上避免了能量的转移、转化以及热能的存在和热扩散造成的影响，从根本上改变了激光与物质相互作用机制，在精密微加工、航空航天、消费电子、汽车制造、光伏能源等工业领域表现出色。

值得一提的是，光频梳系统最早由极其庞大的钛宝石系统构成，基本无法搬移。目前由于超快光纤激光器的普及，已经在体积和成本方面取得了巨大进步，这项诺奖技术已经为更多人提供了便利。同时，超快光纤激光器在生物医疗领域的应用日益广泛，不仅可用于分子和亚细胞动力学的实时研究和外科手术，其非烧蚀损伤的特点更可用于我们熟知的近视治疗与皮肤治疗。近年来，红外光纤、半导体光纤、光子晶体光纤等新型光纤的出现，为超快光纤激光器提供了更广阔的舞台。

光纤激光器具有以下多种优势

轻量化易安装：光纤较柔软可以弯曲，光纤激光器通常可以做到小型轻量化，在降低了购置成本的同时安装也方便灵活。

维护成本低：受热透镜效应和热致双折射效应等热效应影响，固体激光器的散热模块需要精心设计，由于作为激光介质的光纤表面积/体积比值要比块状的固体激光器棒形介质大4个量级以上，光纤激光器在100W内可以通过空气冷却。同时光纤激光器不需要每月几个小时的定期维护。

高光束质量：光纤发射激光的数值孔径较小，容易聚光的特性使其可达到大功率密度化，实现高分辨率加工，高光束质量意味着光纤激光器可以使用在材料加工、医疗、科学和国防等高端制造领域。

能效更高：掺杂光纤激光与YAG晶体激光相比可以实现宽带的光放大，并且泵浦光被封闭在光纤内，可以实现高效率泵浦。

长期稳定性强：不包含自由空间光学系统的光纤激光器，由于没有空间光学元件，不易受到尘埃、温度、机械等影响。

易实现大功率化：由于泵浦模块可以串联和并联，可通过多种设计增加输出功率。

超快光纤激光器的发展方向

超快光纤激光器作为诸多超快激光应用系统的核心部件，其性能是整个应用系统的首要限制因素。然而，目前超快光纤激光器在性能方面还有很多需要改善和提高的地方，因此其性能的提升仍旧是当前超快光纤激光器的研究方向之一。未来，更窄的脉冲宽度、更高的功率输出、更高的重复频率、脉冲形状以及脉冲波长范围的拓展等是研发人员关注的重点领域。只有当各个维度的性能整体稳步提升后，才能更好地满足不同领域的应用需求。