超快光纖激光器的應用優勢

超快光纖激光器作為新一代激光器，可以理解為超快技術與光纖激光的結合，結合了超快激光和光纖激光的雙重優勢。10年前，超快光纖激光器仍停留在基礎科研領域，運用于科研機構的實驗室中，在非線性光學、激光光譜學、精密光學測量、太赫茲等科研領域作為強有力的研究工具，起著重要作用。隨著超快光纖激光制造技術的快速發展，核心器件如泵浦源、雙包層光纖、光纖光柵等制造工藝的完善和成本的降低，超快光纖激光器在近年來走向市場，轉化落實在產業化應用中。

以稀土元素摻雜的光纖作為激光增益介質的超快光纖激光器，由于光纖表面積大、易于散熱，能夠做到小型化、高效率且低成本，在實際應用中優勢凸顯。同時，超快激光與傳統長脈沖以及連續激光相比，具有獨特的優勢。由于超快激光與材料相互作用的時間極短，將能量極快地注入很小的作用區域，瞬間高能量密度沉積使電子吸收和運動方式發生變化，在根本上避免了能量的轉移、轉化以及熱能的存在和熱擴散造成的影響，從根本上改變了激光與物質相互作用機制，在精密微加工、航空航天、消費電子、汽車制造、光伏能源等工業領域表現出色。

值得一提的是，光頻梳系統最早由極其龐大的鈦寶石系統構成，基本無法搬移。目前由于超快光纖激光器的普及，已經在體積和成本方面取得了巨大進步，這項諾獎技術已經為更多人提供了便利。同時，超快光纖激光器在生物醫療領域的應用日益廣泛，不僅可用于分子和亞細胞動力學的實時研究和外科手術，其非燒蝕損傷的特點更可用于我們熟知的近視治療與皮膚治療。近年來，紅外光纖、半導體光纖、光子晶體光纖等新型光纖的出現，為超快光纖激光器提供了更廣闊的舞臺。

光纖激光器具有以下多種優勢

輕量化易安裝：光纖較柔軟可以彎曲，光纖激光器通常可以做到小型輕量化，在降低了購置成本的同時安裝也方便靈活。

維護成本低：受熱透鏡效應和熱致雙折射效應等熱效應影響，固體激光器的散熱模塊需要精心設計，由于作為激光介質的光纖表面積/體積比值要比塊狀的固體激光器棒形介質大4個量級以上，光纖激光器在100W內可以通過空氣冷卻。同時光纖激光器不需要每月幾個小時的定期維護。

高光束質量：光纖發射激光的數值孔徑較小，容易聚光的特性使其可達到大功率密度化，實現高分辨率加工，高光束質量意味著光纖激光器可以使用在材料加工、醫療、科學和國防等高端制造領域。

能效更高：摻雜光纖激光與YAG晶體激光相比可以實現寬帶的光放大，并且泵浦光被封閉在光纖內，可以實現高效率泵浦。

長期穩定性強：不包含自由空間光學系統的光纖激光器，由于沒有空間光學元件，不易受到塵埃、溫度、機械等影響。

易實現大功率化：由于泵浦模塊可以串聯和并聯，可通過多種設計增加輸出功率。

超快光纖激光器的發展方向

超快光纖激光器作為諸多超快激光應用系統的核心部件，其性能是整個應用系統的首要限制因素。然而，目前超快光纖激光器在性能方面還有很多需要改善和提高的地方，因此其性能的提升仍舊是當前超快光纖激光器的研究方向之一。未來，更窄的脈沖寬度、更高的功率輸出、更高的重復頻率、脈沖形狀以及脈沖波長范圍的拓展等是研發人員關注的重點領域。只有當各個維度的性能整體穩步提升后，才能更好地滿足不同領域的應用需求。