PG 光纖激光器技術(shù)的基本構(gòu)件是光纖。光纖是由高度透明玻璃制成的長圓柱件。標(biāo)準(zhǔn)光纖芯徑從幾微米到幾百微米，長度從幾米到幾千米。光纖長度與直徑的巨大比值造就了眾多獨特的光纖特性。玻璃纖維是光波導(dǎo)管，光線能夠在其中幾乎無損失地包含和傳播光線，損失可忽略不計。當(dāng)滿足總體內(nèi)部全內(nèi)反射條件時，光在光纖內(nèi)部傳播，經(jīng)過穿透光纖壁的輻射損失可忽略不計。光纖分為無源和有源兩種。無源光纖傳輸光線，而有源光纖通過在光纖芯內(nèi)嵌入摻雜稀土金屬離子的情況下將傳播的光與泵浦激光混合實現(xiàn)放大。
泵浦二極管 IPG 一流的二極管泵浦技術(shù)利用了自身極為豐富的電信行業(yè)經(jīng)驗和技術(shù)投資。我們的單芯結(jié)二極管使用在電信領(lǐng)域已經(jīng)證明的技術(shù)和工藝制造，各晶圓符合嚴(yán)格的電信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這將 IPG 的產(chǎn)品與使用短壽命二極管巴條和堆棧技術(shù)的其他工業(yè)泵產(chǎn)品區(qū)分開來。因此，IPG 單芯結(jié)二極管能提供更高的泵浦亮度，并且電光轉(zhuǎn)換效率高達巴條堆棧泵浦的兩倍。單芯結(jié)泵浦能夠利用簡單的水甚至強制風(fēng)冷，相反，巴條堆棧需要使用高成本、低可靠性和使用高雅去離子水的高度復(fù)雜的微通道冷卻器。 01 光纖的獨特特性使其成為理想的有源增益介質(zhì)和激光諧振腔材料。光纖靈活且易于處理。光纖的表面積體積比很大，便于散熱，并且有助于避免熱透鏡效應(yīng)。不同類型、成分和芯徑的光纖可以拼接，組成復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，將泵浦源、光學(xué)放大和光束傳輸光纖結(jié)合，無需再利用自由空間光學(xué)技術(shù)，并由此避免了該技術(shù)存在的污染、損壞和/或?qū)?zhǔn)問題等固有風(fēng)險。光纖是非常靈活的介質(zhì)，可用于各種設(shè)計選項和功能。特種光纖類型包括單模和多模光纖、光子晶體光纖和由光學(xué)特性在軸向和徑向尺寸不同的多種材料組成的光纖。對 IPG 而言，尤其重要的是用于包層泵浦的光纖。這些光纖包含單模纖芯，用作有源增益介質(zhì)，被較大直徑的光波導(dǎo)管包覆，用于傳播多模二極管泵浦光。 02 半導(dǎo)體二極管高效地將電泵浦能量轉(zhuǎn)換為近紅外光。單芯結(jié)二極管的功率有限（每個設(shè)備數(shù)瓦），亮度也有限。利用多種技術(shù)將多個二極管組合形成單一光束，由此提高功率，使組合輸出功率從幾十到幾千瓦，但是二極管的亮度卻難以實現(xiàn)相似的提升。現(xiàn)有的能將二極管調(diào)整到更高亮度的光束組合技術(shù)很復(fù)雜、昂貴并且損耗大，產(chǎn)生的光束質(zhì)量也很有問題。IPG 光纖激光器是最高效的功率組合器和亮度轉(zhuǎn)換器，能夠產(chǎn)生完美的光束，以最低成本提供高達數(shù)千瓦的功率。 包層泵浦技術(shù) 在 IPG 獨特的專利設(shè)計中，大面積單芯結(jié)二極管的多模輸出被收集到纖芯直徑僅有 100 微米的光纖內(nèi)。利用 Valentin Gapontsev 博士和 Igor Samartsev 博士開發(fā)的側(cè)面泵浦技術(shù)，多個泵浦二極管發(fā)出的光被高效地耦合進入有源增益光纖的包層。泵浦光在包層內(nèi)進行多次反射，同時不斷穿過單模纖芯，在纖芯中泵浦被稀土離子吸收和再次發(fā)射。這種簡潔的機制以極高的效率將多模二極管光轉(zhuǎn)換為單模光纖激光器光。 單發(fā)射泵優(yōu)勢 IPG 的單芯結(jié)二極管壽命超過 100,000 小時，比巴條方案的實測壽命長很多。與傳統(tǒng)方案不同，頻繁開關(guān)調(diào)制 IPG 二極管并不會影響預(yù)期壽命。IPG 泵浦遵循電信標(biāo)準(zhǔn)密封，因此不受最具侵蝕性的工業(yè)環(huán)境影響，包括潮濕、粉塵和振動。IPG 單芯結(jié)泵浦具有超高的可靠性，這在我們的實驗室中得到證明 ，在現(xiàn)場實踐中得到證實。 分布式單發(fā)射泵浦結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢 分布式單發(fā)射泵浦 IPG 使用分布式單芯結(jié)泵浦結(jié)構(gòu)，沒有巴條泵浦的缺點。單芯結(jié)泵浦組成各個獨立元件的集合。與巴條泵浦相反，任何單芯結(jié)泵浦故障不會影響其他泵浦的性能與可靠性。分布式泵浦的優(yōu)點包括可擴展性、模塊化設(shè)計和靈活性、簡單的熱量管理、幾乎不受限的泵浦冗余性以及方便的二極管更換。分布式泵浦無需光學(xué)對準(zhǔn)，因此是唯一真正無需維護的泵浦解決方案 - 只有光纖激光器才能實現(xiàn)這種便利。 巴條泵浦 激光二極管巴條，也被稱為整體激光二極管陣列，將多個發(fā)射器在大面積芯片上組合。一根二極管巴條上的發(fā)射器數(shù)量從 10 個到 100 個不等。巴條結(jié)構(gòu)迫使所有發(fā)射器共享一個電源和熱量管理系統(tǒng)。熱電間的相互影響嚴(yán)重限制二極管巴條的使用壽命，并對其性能產(chǎn)生嚴(yán)重約束。巴條或堆棧的壽命通常受最弱的發(fā)射器或不可靠的微通道水冷系統(tǒng)限制。基于巴條的泵浦方案的不足正是驅(qū)動光纖激光器技術(shù)快速超越碟片或條形固態(tài)激光器的主要因素。
