铥光纤激光器功率达到破纪录的1.9kW

此前，德国弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所的研究人员向外界表示，他们已经制造出一种铥光纤激光器，其输出功率可达1.91kW，几乎是典型输出功率的两倍。由Till Walbaum领导的耶拿团队利用光谱光束组合技术（这也是一种用于激光武器研发的技术），提高了波长在2030nm-2050nm之间的发光系统的输出功率。

虽然铥激光器已经应用于医疗领域，特别是泌尿外科（IPG Photonics公司已经开发出一种用于治疗肾结石的铥光纤激光器），但这些波长预计将特别适用于未来的自由空间光学卫星链路，因为它具有大气衰减低和对眼睛更安全的优点。Walbaum谈到：我们的目标是优化技术基础，从而通过可靠的单个光源达到更高的性能水平。

这些组合光栅由研究团队自行制造，是铥光纤激光器实现更高功率输出的关键

组合光栅
在光谱光束技术中，略有不同的激光波长以微妙的不同角度照射到光栅上，从而通过衍射将每个光源组合成一束光。弗劳恩霍夫的研究团队对此解释说：这不仅提高了光纤激光系统的性能，而且还保持了光束质量，从而使激光束具有良好的聚焦能力。他们还指出，以前的系统在高功率水平下已经达到了物理极限，主要原因是组合和激光效率过低导致过热。

为了解决这个问题，Walbaum及其同事设计了更高效的单个光源和改进的冷却系统，例如在光纤之间使用“冷拼接”技术，以实现低损耗耦合和更好的温度调节。另一项重要的研发成果是一种定制的衍射光栅，据说其效率超过95%，而且热性能极佳。

20kW目标
耶拿集团的Friedrich Möller说：组合光栅是系统的核心。到目前为止，光栅和二向色镜等用于波长2 µm左右的光学组合元件只能用于几百瓦的激光功率。然而，研究所已经开发出一种特殊的衍射光栅，它也能在具有挑战性的参数条件下在数千瓦的区域内出色工作。它可以实现低损耗光束组合，总体效率超过90%，是下一步性能飞跃的基础。

Walbaum补充说：我们已经为实现性能和可靠性更高的激光系统，创造了技术先决条件。下一个重大挑战是将激光器的功率提升至20kW的水平。除了泌尿外科和自由空间通信外，高性能铥光纤激光器还可用于聚合物材料加工。与工作波长在1μm左右的传统光纤激光器相比，这种激光源可提高眼睛的安全性，因为2微米的散射光很容易被角膜吸收，不会射入视网膜。