技术详细介绍
技术原理
光纤激光器，英文名称为Fiber Laser，是一种以掺稀土元素的玻璃光纤为增益介质来产生激光输出的装置。光纤激光器可在光纤放大器的基础上进行开发，由于光纤激光器中光纤纤芯很细，因此在泵浦光作用下，光纤内部功率密度高，使得激光能级出现“粒子数反转”现象，在此基础上，再通过正反馈回路构成谐振腔，便可在输出处形成激光振荡。光纤激光器的结构类似于传统的固体激光器、气体激光器，主要由泵浦源、增益介质、谐振腔三大部分构成。其中，泵浦源一般为高功率的半导体激光器，增益介质为掺稀土元素的玻璃光纤，谐振腔由耦合器或光纤光栅等构成。由泵浦源发出的泵浦光通过合束器和光纤光栅耦合进入增益介质中，由于增益介质为掺稀土元素光纤，因此泵浦光被吸收，吸收了光子能量的稀土离子发生能级跃迁并实现粒子数反转，反转后的粒子经过谐振腔，由激发态跃迁回基态，释放能量，并形成稳定的激光输出。
光纤激光器有如下特点：
由于光纤纤芯直径小，在纤芯内容易形成高功率密度，因此光纤激光器具有较高的转换效率、较低的阙值、较高的增益、较窄的线宽、且可方便高效的实现与当前光纤通信系统的连接；
由于光纤具有很好的柔绕性，因此光纤激光器具有小巧灵活、结构紧凑、性价比较高、且更易于系统集成的特点；
与传统的固体激光器、气体激光器相比，光纤激光器的能量转换效率较高、结构较紧凑、可靠性高、且适合大批量的生产；
与半导体激光器相比，光纤激光器的单色性较好、调制时可产生较小的啁啾和畸变、且与光纤的耦合损耗较小。
应用市场
工业领域
光纤激光器正逐步取代传统激光器在激光打标、激光焊接、激光切割等领域的主导地位。由于光纤激光器具有较高的光束质量和定位精度，光纤激光打标系统正取代效率不高的二氧化碳激光和氙灯抽运的Nd：YAG脉冲激光打标系统，这种取代趋势在欧美及日本市场进展迅速，仅在日本，每月的需求量就超过百台。我国对光纤激光打标机的需求十分巨大，每年约有超过数千台的需求量。随着上千瓦甚至几万瓦高功率光纤激光器的
问世，光纤激光器也迅速应用于激光焊接和切割领域。如德国宝马汽车公司购买IPG公司的高功率光纤激光器用于车门焊接生产线上。
传感领域
基于可调谐窄线宽光纤激光器的光纤传感是该领域的应用热点之一。该类型光纤激光器的光谱线宽很窄，具有超长相干长度，并且可以对频率进行快速调制。把这种窄线宽光纤激光器应用到分布式传感系统，可实现超长距离、超高精度的光纤传感。在美国和欧洲，这种基于可调谐窄线宽光纤激光器的传感技术被广泛应用到国土安全及重要设施监测、石油/天然气管道监测以及水下声纳探测等众多领域。我国估计每年对这种类型光纤激光器的需求量也在数百台以上。
医疗领域
现在，用于临床的激光器大多是氢离子激光器、二氧化碳激光器和YAG激光器，通常，这些激光器的光束质量不高，体积大，需要庞大的水冷系统，而且安装和维护非常麻烦，而这些不足，恰恰是光纤激光器可以弥补的。因为水分子在2µm有一个吸收峰，将2µm光纤激光器用作外科手术工具可以实现快速止血，减少手术对人体组织的破坏。超快光纤激光器是目前最活跃的研究领域之一，其在医疗领域也有十分重要的应用。目前，生物医学专家已将它作为超精密外科手术刀，用于视力矫正手术，既能减少组织损伤又不会留下手术后遗症，甚至可对单个细胞动精密手术或者用于基因疗法。人们也在研究如何将飞秒激光用于牙科治疗。另外，利用其超短脉冲，医学研究者们也研究其在医学成像方面的应用。随着各种研究的深入，用于医疗的光纤激光器需求也必将迅速增加。
军事领域
高能激光武器一直是军事领域防御和进攻武器的研究重点。高功率光纤激光器以其高亮度、小照射面积、体积小等优点，成为战术高能激光武器优先发展技术之一，越来越受到重视。随着大模场双包层掺杂光纤制造工艺的发展和高亮度半导体二极管泵浦技术的发展，单台光纤激光器的输出功率不断快速提升，例如，2009年，IPG公司采用多级放大的方式实现了9.6kW的单模单纤激光输出，光束质量近衍射极限，电光效率接近30%，启动到满功率输出时间约百微秒，连续工作时间达万小时。多年来，美国军方已将光纤激光器集成为“宙斯”和“激光复仇者”等激光武器系统，用于排除未爆弹药和简易爆炸装置，以及反迫击炮弹和摧毁低空飞行的无人机；2012年11月底，德国莱茵金属公司成功试验了一种新的50千瓦高能光纤激光（两套光纤激光器合成）武器技术演示器，演示了从目标探测、跟踪到交战的整个作战流程。
综上所述，目前高功率光纤激光器已经是一个百亿美元规模的市场，涵盖了包括工业加工的各个领域和巨大的军事市场潜力，并还延伸至传感和医疗领域。