光纤激光器的前世今生
∙光纤激光器定义
光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来：在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路（构成谐振腔）便可形成激光振荡输出。

光纤激光器应用范围非常广泛，包括激光光纤通讯、激光空间远距通讯、工业造船、汽车制造、激光雕刻激光打标激光切割、印刷制辊、金属非金属钻孔/切割/焊接（铜焊、淬水、包层以及深度焊接）、军事国防安全、医疗器械仪器设备、大型基础建设,作为其他激光器的泵浦源等等。

光纤激光器发展史
早期对激光器的研制主要集中在研究短脉冲的输出和可调谐波长范围的扩展方面。

今天，密集波分复用(DWDM)和光时分复用技术的飞速发展及日益进步加速和刺激着多波长光纤激光器技术、超连续光纤激光器等的进步。

同时，多波长光纤激光器和超连续光纤激光器的出现，则为低成本地实现Tb/s的DWDM或OTDM传输提供理想的解决方案。

就其实现的技术途径来看，采用EDFA放大的自发辐射、飞秒脉冲技术、超发光二极管等技术均见报道。

目前国内外对于光纤激光器的研究方向和热点主要集中在高功率光纤激光器、高功率光子晶体光纤激光器、窄线宽可调谐光纤激光器、多波长光纤激光器、非线性效应光纤激光器和超短脉冲光纤激光器等几个方面。

1962年世界上第一个GaAs半导体激光器问世以来，已有四十余年的历史，现在半导体激光器已广泛地应用于激光通信、光盘存储、激光检测等领域。

随着半导体激光器连续输出功率的日益提高，其应用范围也不断扩大，其中大功率半导体激光器泵浦的固体激光器（DPSSL）是它最大的应用领域之一。

这一技术综合了半导体激光器与固体激光器的优点，不仅将半导体激光器的波长转换为固体激光器的波长，而且伴随光束质量的改善和光谱线宽的压缩，以及实现脉冲输出等。

/半导体激光器体积小、重量轻，直接电子注入具有很高的量子效率，可以通过调整组份和控制温度得到不同的波长与固体激光材料的吸收波长相匹配，但它本身的光束质量较差，且两个方向不对称，横模特性也不尽理想。

而固体激光器的输出光束质量较高，有很高的时间和空间相干性，光谱线宽与光束发散角比半导体激光小几个量级。

对于DPSSL，是吸收波长短的高能量光子，转化为波长较长的低能量光子，这样总有一部分能量以无辐射跃迁的方式转换为热。

这部分热能量将如何从块状激光介质中散发、排除成为半导体泵浦固体激光器的关键技术。

为此，人们开始探索增大散热面积的方法。

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∙方法之一就是将激光介质做成细长的光纤形状。

所谓光纤激光器就是用光纤作激光介质的激光器，1964年世界上第一代玻璃激光器就是光纤激光器。

由于光纤的纤芯很细，一般的泵浦源（例如气体放电灯）很难聚焦到芯部。

所以在以后的二十余年中光纤激光器没有得到很好的发展。

随着半导体激光器泵浦技术的发展，以及光纤通信蓬勃发展的需要，1987年英国南安普顿大学及美国贝尔实验室实验证明了掺铒光纤放大器（EDFA）的可行性。

它采用半导体激光光泵掺铒单模光纤对光信号实现放大，现在这种EDFA已经成为光纤通信中不可缺少的重要器件。

由于要将半导体激光泵浦入单模光纤的纤芯（一般直径小于10um），要求半导体激光也必须为单模的，这使得单模EDFA难以实现高功率，报道的最高功率也就几百毫瓦。

为了提高功率，1988年左右有人提出光泵由包层进入。

初期的设计是圆形的内包层，但由于圆形内包层完美的对称性，使得泵浦吸收效率不高，直到九十年代初矩形内包层的出现，使激光转换效率提高到50%，输出功率达到5瓦。

1999年用四个45瓦的半导体激光器从两端泵浦，获得了110瓦的单模连续激光输出。

近两年，随着高功率半导体激光器泵浦技术和双包层光纤制作工艺的发展，光纤激光器的输出功率逐步提高，目前采用单根光纤，已经实现了1000瓦的激光输出。

近期，随着光纤通信系统的广泛应用和发展，超快速光电子学、非线性光学、光传感等各种领域应用的研究已得到日益重视。

其中，以光纤作基质的光纤激光器，在降低阈值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面，已明显取得进步，是目前光通信领域的新兴技术，它可以用于现有的通信系统，使之支持更高的传输速度，是未来高码率密集波分复用系统和未来相干光通信的基础。

目前光纤激光器技术是研究的热点技术之一。

光纤激光器由于其具有绝对理想的光束质量、超高的转换效率、完全免维护、高稳定性以及体积小等优点，对传统的激光行业产生巨大而积极的影响。

最新市场调查显示：光纤激光器供应商将争夺固体激光器及其他激光器在若干关键应用领域的市场份额，而这些市场份额在未来几年将稳步看涨。

到2010年，光纤激光器将至少占领工业激光器28亿美元市场份额的四分之一。

光纤激光器的销售量将以年增幅愈35%的速度攀升，从2005年的1.4亿美元增至2010年的6.8亿美元。

而同期，工业激光器市场每年增幅仅9%，2010年达到28亿美元。

光纤激光器发展趋势
研制大功率、光束质量好、高效、紧凑的高能激光器系统，是世界各国长期探索研究的目标。

而光纤激光器作为近年来高功率激光光源研究领域中的热点，与气体或常规固体激光器相比，具有结构简单、散热效果好、转换效率高、阈值低、使用寿命长、系统维护简单等优点。

特别是近年来，随着双包层光纤的出现，使多模抽运成为可能，从而为提高光纤激光器的输出功率提供了解决途径，实现了掺稀土元素光纤激光器的大功率输出。

然而由于单个光纤激光器在高功率条件下会产生非线性效应，以及光纤本身能承受的阈值功率的限制，单个光纤激光器不可能得到超高功率。

因此光纤激光器的相干合成成为研究的重要方向。

实现光纤激光器的相干合成主要有主震荡功率放大和自组织型光纤激光器阵列两种方式。

相对于主震荡功率放大的方式，自组织型光纤激光器阵列具有结构紧凑、相位控制简单及合成效率高等特点，因此成为近期理论界研究的热点。

目前对自组织型光纤激光器阵列的理论研究主要集中在两个方面。

一方面是对光纤激光器阵列光谱响应参数的研究。

因为光谱响应参数是自组织型光纤相干合成技术的关键参数之一，它决定着阵列输出信号的频段。

另一方面是对光纤激光器阵列动态特性的研究。

光纤激光器阵列作为一个复杂的系统，对其动态特性的研究有利于搞清整个系统的运作机制，有利于改善整个系统，从而提高输出信号的光束质量。