前言：可以说，大功率光纤激光器为一类新型光源，输出功率一样的同时，在光束质量、光传输特性及尺寸、可靠性等方面，光纤激光器优势显著。光纤激光器有很长的增益介质，能够极易扩展增益介质，可以完全吸收抽运光。这样的特性可让光纤激光器可以在低泵功率下进行运行，确保了优质的光束质量及很高的转换效率。光纤密集的光纤使得光纤激光器的光功率密度非常高，光纤激光器表面积比较大，工作材料有很小的热负荷，散热特性良好。现如今，激光技术领域中的一个热点就是大功率光纤激光器的发展及实践技术，深受广大研究者及行业专家的普遍重视。为此，文章对高功率光纤激光器工作原理及关键技术进行了论述，并综述了此领域中的最新研究进展，以供同行参考。
1工作原理
高功率光纤激光器同其他激光器一样，也是由光学谐振器、增益介质及泵浦源构成，差异地方就是一般增益介质为双包层光纤，双包层光纤为一类结构特殊的光纤，在传统光纤上增加一层内包层。一般，双包层光纤的重点是参加了稀土离子，是单模激光波导。内包层围绕着光纤芯的核心，光纤芯是多模泵的传输波导。横向尺寸和数值孔径都很大，泵光可以有效地耦合到增益光纤上，以提高抽运光的效率。在包层光传输过程中，包层多次穿过光纤芯，被芯中的稀土离子吸收，进而有单模激光器产生，此类光纤结构使得抽运长度增加，有效提升了抽运效率，这样让光纤激光器输出功率实现了几个数量级的提升。
2关键技术
2.1包层泵技术
对于传统的光纤激光器而言，普遍应用了单模光纤当做增益介质，没有太高的耦合效率。高功率光纤激光器是很难得到的。包层泵技术的诞生，使得泵浦光的耦合效率获得了提升，这样解决了光纤激光器功率低且应用价值高的问题，有效推动了高功率光纤激光器的发展。复包泵技术主要通过双包层光纤来实现的，包层芯的位置直接影响着泵光吸收率和内包层的几何形状。圆形、梅花、矩形、方形、偏心结等为典型的内包层结构。通过射线追踪法计算了不同内层包层的吸收特性。结果显示，吸收率最低的就是同心圆结构，对泵浦光而言非圆内包层结构的吸收率很高，最佳的条件能够达到100%。
2.2光纤融合技术
有效的把泵浦的光功率输出和增益光纤耦合为高功率光纤激光器的另一个关键技术。想要得到百瓦或数千瓦的光纤激光器，应有更高输出功率的泵浦源（一般为半导体激光器阵列）。想要把半导体激光器阵列输出的几千瓦的激光器构成双包层增益光纤则极其不容易，这不容易同低耦合效率进行耦合。所以，找到一类全新的耦合技术向光纤中注入耦合技术为一项非常关键的工作。通过分支光纤把多个激光二级管的光输出耦合至增益光纤为最理想的解决方式。也就是多模光纤为每个激光二级管的输出光，多模光纤融合成光纤，光纤模块使用了光纤采集融合技术，此种方式，单光纤输出能量能够有100瓦，使得半导体激光阵列集成模块的散热问题得以有效解决。
作为分支光纤模块的输入端口作为泵入双包层增益光纤的光激光二极管的输出光几乎可以无损地耦合到增益光纤的内包层，可实现泵效率的有效提升。
图1 激光光纤耦合器
2.3谐振腔的制造技术
现如今，大功率光纤激光器涵盖了两个谐振腔，一类为用一面双色镜形成共振器。该方法实现了泵浦光与光纤激光器的耦合。不易封装，对光纤激光器的应用及商业化十分不利。另一类主要是把光纤光栅当做谐振腔，光纤光栅为一类损耗低的器件，波长选择特性较佳。应用光纤光栅使激光器的结构更加简单，实现了激光器可靠性与信噪比的有效提升，减少了线宽，增强了光束质量，波长谐调能够利用调整应力来实现。此外，光纤布拉格光栅作为谐振器集成泵源的尾巴纤维获得有机纤维，避免两个彩色反射镜和透镜组的激光反馈引起的损耗，从而降低光纤激光器的阈值和斜率效率，提升了输出激光。所以，把光纤布拉格光栅当做谐振腔，既能够让光纤激光器有简单紧凑的结构，同时，也有助于泵浦光耦合效率的有效提升（可达到90%），具有一定的实用性。
3研究进展
3.1并联泵浦大功率光纤激光器
平行侧向泵浦大功率光纤激光器由双侧泵抽运，增益光纤的内包层中通过多模耦合器耦合了多二极管和二极管输出的泵光。这个结构显著的优势就是：1）双泵设计，有很高的吸收率。2）各泵源功率低，使整个系统有更好的稳定性及可靠性。3）使用光纤融合技术，泵浦功率能同增益光纤基本实现无损耗的耦合，使得泵浦光耦合效应率得以有效提升。4）能够与更高功率光纤激光器进行有效的级联，所引入的全部千万级光纤激光器均使用的是此类并联泵结构。
3.2增益介质是光子晶体光纤高功率光纤激光器
光子晶体光纤也叫做微结构光纤或多孔光纤，其主要利用包层中沿轴向排列的微笑空气孔来约束光，因此，实现了光轴的独特波导结构，这同常规的光纤相比，光子晶体光纤有着诸多不可比你的传输特性。光子晶体光纤的刀光原理是PCF导光机理，具体有两种，即光子带隙型及全内反射型。
相比于周期性包层折射率，全内反射型PCF导光原理较大，这样可让光可以在此类结构的PCF导光机理中仍旧为全内反射，主要由于空芯PCF中点小孔比传导波长的原因。
光子带隙型PCF导光机理，从理论上讲，求解光子晶体中光波的本征方程可以立即得出实芯和空芯PCF的传导条件，也就是我们说的光子带隙光传导理论。空芯PCF中的周期性缺陷为空气，并且空芯PCF的折射率低于空芯PCF中包层石英玻璃的折射率，然而，依旧可确保光不折射出去，主要是由于包层中的小孔点阵组成光子晶体。若小孔间距与小孔直径与相应条件相满足时，光子能隙范围中就可对相应的光传播进行阻止，光就会被限制于中心空芯中传输，超过99%的光能可通过此类PCF传输，且空间光衰减较弱，光纤衰减只1/2～1/4。
结束语：
概而言之，现如今，全球很多国家研究的一个热点就是高功率光纤激光器，因其具有特有的优势，为此被广泛的应用在各领域中。为此，想要开发出更多实用性强、高输出功率及性能高的光纤激光器，那么就需要做好下面的这些关键技术：1）双包层增益光纤的制备过程采用矩形或梅花形内包层结构，这样能够实现泵光的吸收率和泵浦效率的有效提升。泵浦灯的耦合技术，利用光纤融合技术制备树形多模耦合器是较好的解决方案。3）制备合适的光学谐振器。
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