光纖激光器工作原理解析

雖然目前國內(nèi)企業(yè)在激光器件方面取得長足進(jìn)步，但是某些關(guān)鍵器件及產(chǎn)品品質(zhì)方面仍有很大差距。據(jù)悉，抽運(yùn)源封裝、抽運(yùn)耦合器、激光合束器、特種光纖、激光傳輸組件等已實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，國內(nèi)激光器件正逐步擺脫國外企業(yè)的依賴。為此，2021年國內(nèi)激光企業(yè)開始第二輪發(fā)力，逐漸完善全產(chǎn)業(yè)鏈布局及提升產(chǎn)品品質(zhì)和性能。

激光材料加工激光器在經(jīng)歷大功率CO2激光器、大功率固體YAG激光器后，目前正在朝著半導(dǎo)體激光器和光纖激光器的方向發(fā)展。激光器作為激光加工系統(tǒng)設(shè)備的核心器件，按照激光工作物質(zhì)類別的不同，可分為氣體激光器、固體激光器、光纖激光器等。目前市場青睞有加的光纖激光器是用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質(zhì)的激光器，在泵浦光的作用下多次穿過光纖可形成高功率密度光源，造成激光工作物質(zhì)的激光能級(jí)“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)”，適當(dāng)加入正反饋回路便可形成激光振蕩輸出，具有電光轉(zhuǎn)換效率高、高可靠性、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)。

近年來，受益于動(dòng)力電池、OLED、汽車、鈑金、PCB 等加工設(shè)備的需求，國內(nèi)激光加工設(shè)備市場規(guī)模整體呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)。激光行業(yè)的蓬勃發(fā)展也大大帶動(dòng)了激光器件的增長。

激光器構(gòu)成離不開激光器件。目前，光纖激光器件按照功能可以分為隔離器、合束器、波分復(fù)用器、分束／耦合器等。

隔離器只允許光沿一個(gè)方向通過而在相反方向阻擋光通過。在光纖激光器中，由于激光器對(duì)來自連接器、濾波器等的反射光非常敏感，隔離器通常被使用在光路中用來避免光路中的回波對(duì)光源、泵浦源以及其他發(fā)光器件造成的干擾和損傷。隔離器原理基于磁光晶體的法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，即同一波長的正向入射光及反向入射光的偏振面都向同一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)同一個(gè)角度，而與光束傳播方向無關(guān)。光隔離器特點(diǎn)是高隔離度、低插損；高可靠性，高穩(wěn)定性；極低偏振相關(guān)損耗和偏振模色散。

最早多模光纖合束器由美國的IPG 提出。合束器是光纖與光纖之間進(jìn)行可拆卸連接的器件，通過光纖精密熔接技術(shù)，使發(fā)射光纖輸出的光能量最大限度地耦合到接收光纖中去，并使由于其介入光路而對(duì)系統(tǒng)造成的影響減到最小。在一定程度上，合束器的功率特性直接影響光纖激光器最終輸出功率及轉(zhuǎn)換效率。分束／耦合器將一根光纖內(nèi)的信號(hào)按照波長、偏振等特性，將信號(hào)能量重新分配到不同光纖內(nèi)。耦合器作用是將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，使得兩個(gè)光纖頭截面光纖口導(dǎo)通。

波分復(fù)用器將各種不同波長的光信號(hào)在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)；在接收端，經(jīng)解復(fù)用器將各種不同波長的光信號(hào)分開，然后由光接收機(jī)作進(jìn)一步處理以恢復(fù)原信號(hào)。在同一根光纖中同時(shí)讓兩個(gè)或兩個(gè)以上的光波長信號(hào)通過不同光信道各自傳輸信息，稱為光波分復(fù)用技術(shù)。波分復(fù)用能夠增加光纖傳輸容量，信號(hào)傳輸透明，并且擴(kuò)容簡單費(fèi)用低廉。

由于激光技術(shù)廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子制造、航天航空、汽車駕駛、無人機(jī)駕駛、服裝等相關(guān)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，企業(yè)為打破技術(shù)壁壘，會(huì)推進(jìn)精密加工要求的提高，從而增加激光設(shè)備的需求并帶動(dòng)激光器件市場。

比如傳統(tǒng)消費(fèi)電子行業(yè)，雖然目前傳統(tǒng)消費(fèi)電子行業(yè)增速放緩，但是存量市場空間依然非常大。其中，個(gè)人電腦、平板電腦、智能手機(jī)等常用電子產(chǎn)品都已經(jīng)開始進(jìn)入紅海的競爭格局。那么隨之而來的將是各自產(chǎn)品在技術(shù)創(chuàng)新上的突破，從而帶來新的技術(shù)應(yīng)用和工藝變革，這將使得生產(chǎn)廠商對(duì)消費(fèi)電子激光精密加工設(shè)備產(chǎn)生巨大需求，從而帶動(dòng)激光器件市場。

并且，激光加工和光通訊行業(yè)發(fā)展的關(guān)聯(lián)度比較高。隨著5G電子產(chǎn)品創(chuàng)新對(duì)技術(shù)要求的提高，需要更大的傳輸容量和更快的傳輸速率的光器件，不斷推進(jìn)國內(nèi)電子制造激光設(shè)備的應(yīng)用，將提高激光設(shè)備的整體滲透率，從而促進(jìn)激光器件的市場增長。

當(dāng)然，隨著我國傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、先進(jìn)制造業(yè)快速發(fā)展，作為激光加工設(shè)備的核心部件，激光器將面臨前所未有的發(fā)展機(jī)遇，光纖激光器以其卓越的性能不斷提升市場占有率，市場規(guī)?？焖僭鲩L。光纖激光器的快速發(fā)展必將推動(dòng)光纖激光器件的需求，為光纖激光器件生產(chǎn)帶來良好的發(fā)展機(jī)遇。
編輯：hfy