光纖激光器結(jié)構(gòu)緊湊、電光效率高，一個(gè)重要的原因是采用半導(dǎo)體激光器作為泵浦源。半導(dǎo)體激光器采用PN結(jié)作為發(fā)光光源，電泵浦直接出光，電光效率在50%左右。目前單芯片出光功率已經(jīng)突破20W，采用空間合成、偏振合成和光譜合成等多種方式進(jìn)一步提升功率至數(shù)百瓦。合成之后的半導(dǎo)體激光通過(guò)透鏡耦合進(jìn)入輸出尾纖，并經(jīng)合束器進(jìn)入激光器。

目前摻鐿光纖激光器主要的泵浦波長(zhǎng)有三種，即915nm、976nm和1018nm，其中前兩種主要在工業(yè)產(chǎn)品中使用，最后一種則用于超高單纖功率科研產(chǎn)品中。摻鐿光纖激光器的泵浦波長(zhǎng)的選擇主要是由摻鐿光纖（YDF）的吸收發(fā)射譜所決定的，如圖1所示。

圖1 摻鐿光纖吸收發(fā)射譜

可見(jiàn)，YDF在915nm附近和976nm附近各有一個(gè)吸收峰，其中915nm的吸收峰的吸收截面為976nm吸收峰的1/3，而915nm吸收峰的寬度則遠(yuǎn)大于976nm吸收峰。吸收峰的特征也決定了為何工業(yè)激光器絕大部分采用915nm而非976nm作為泵浦源。一方面，半導(dǎo)體激光芯片在制造過(guò)程中，冷波長(zhǎng)（低功率工作的波長(zhǎng)）存在一定的分布，一般在數(shù)10nm左右，如果采用976nm吸收峰，則需要對(duì)激光芯片的波長(zhǎng)進(jìn)行篩選，導(dǎo)致良率下降，成本上升。另一方面，半導(dǎo)體激光器的輸出波長(zhǎng)隨著其溫度（與散熱溫度、工作電流和功率有關(guān)）正相關(guān)，即溫度越高，波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向漂移，每度漂移量在0.3nm，因此如果采用976nm泵浦，則對(duì)激光器的冷卻和溫控提出很高的要求。915nm泵浦雖然吸收強(qiáng)度只有976nm泵浦的1/3，導(dǎo)致915nm泵浦激光器所使用的YDF長(zhǎng)度為976nm的3倍，但是激光器設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單，也更為可靠皮實(shí)。

976nm泵浦在科研機(jī)構(gòu)的研究中一直是主流技術(shù)路線，主要采用進(jìn)口的976nm泵浦源，甚至是波長(zhǎng)鎖定泵浦源，即通過(guò)在半導(dǎo)體激光器合成光路插入反饋波長(zhǎng)的光柵以穩(wěn)定輸出波長(zhǎng)和壓窄線寬。這類泵浦源成本很高，不適合于對(duì)成本要求極高的工業(yè)激光領(lǐng)域。

近年來(lái)，隨著976nm芯片和封裝技術(shù)的日漸成熟，特別是國(guó)內(nèi)多年來(lái)光纖激光研究成果的外溢，976nm泵浦技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域也逐漸開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用。特別是對(duì)于水冷超高功率激光器，逐漸稱為一種技術(shù)趨勢(shì)。原因包括：

（1）976nm泵浦相比915nm泵浦量子效率高了近10%，使得系統(tǒng)具有更高的電光效率，也就是說(shuō)同等輸出功率，所用的泵浦功率可以減少10%，有利于成本控制；

（2）由于連續(xù)激光器單位功率售價(jià)的不斷降低，泵浦源成本占比逐漸下降，而增益光纖的成本占比有上升趨勢(shì)，976nm泵浦相比915nm只需要用1/3的光纖長(zhǎng)度，降低了光纖材料的成本，光纖長(zhǎng)度的縮短使得激光器的整體構(gòu)造也會(huì)更為小巧緊湊，同時(shí)對(duì)于高功率激光器，非線性效應(yīng)也得到了有效的抑制；

（3）根據(jù)激光動(dòng)力學(xué)過(guò)程和YDF的吸收發(fā)射譜數(shù)據(jù)，976nm泵浦時(shí)上能級(jí)粒子布居數(shù)水平要遠(yuǎn)低于915nm泵浦，使得YDF光暗化的風(fēng)險(xiǎn)下降，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間工作的工業(yè)激光器，穩(wěn)定性得到提高。

當(dāng)然，976nm泵浦也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)和問(wèn)題：

（1）對(duì)冷水機(jī)溫控精度要求更高，因?yàn)楣I(yè)產(chǎn)品不可能采用成本高昂的976nm波長(zhǎng)鎖定的泵浦源；

（2）高功率單模產(chǎn)品的模式不穩(wěn)定受限，由于單位長(zhǎng)度吸收泵浦光的功率更高，熱負(fù)載更高，在功率高到一定程度時(shí)會(huì)導(dǎo)致TMI，使得輸出激光的M2顯著劣化；

（3）集成工藝難度增加，關(guān)鍵熔點(diǎn)的處理難度加大，以保證在較高的熱負(fù)載條件下能夠穩(wěn)定可靠工作。

在實(shí)際的應(yīng)用中，特別是不單單關(guān)注功率的場(chǎng)合，需要考慮的因素還很多，需要綜合權(quán)衡選擇合適的泵浦方案。光至科技研發(fā)的2kW到5kW級(jí)高功率窄線寬單模連續(xù)激光器會(huì)根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景的需求，包括功率、光譜、光束質(zhì)量以及非線性等綜合要求，選擇優(yōu)化的泵浦方案。

實(shí)際上，除了915nm和976nm兩個(gè)波長(zhǎng)，940nm和960nm波長(zhǎng)的泵浦源也經(jīng)常在光纖激光器中使用。這種波長(zhǎng)泵浦源的選擇往往跟增益光纖的選型有關(guān)，對(duì)于一些摻磷的YDF，其吸收發(fā)射譜形態(tài)可能發(fā)生變化，如圖2所示。此時(shí)915nm的吸收峰變得不明顯，較長(zhǎng)的泵浦波長(zhǎng)有助于提高激光轉(zhuǎn)換效率。

圖2 摻磷YDF的吸收發(fā)射譜

然而，隨著激光器功率的不斷提升，常規(guī)的半導(dǎo)體泵浦亮度已經(jīng)很難滿足要求超高功率單纖輸出的要求，IPG于是提出了基于1018nm級(jí)聯(lián)泵浦方案，并基于此方案實(shí)現(xiàn)了單纖20kW的功率輸出。1018nm級(jí)聯(lián)泵浦的基本思路是，先利用976nm的半導(dǎo)體激光泵浦產(chǎn)生1018nm激光，將激光亮度提升數(shù)個(gè)量級(jí)，然后再將1018nm激光進(jìn)行合束，并用于泵浦1080nm的激光，單纖激光器功率提升的泵浦亮度限制被打開(kāi)。

光至科技開(kāi)發(fā)了基于976nm泵浦的300W到500W的1018nm激光器模塊，并基于此模塊開(kāi)發(fā)了5kW~8kW量級(jí)的1018nm泵浦模塊，適用于作為大型科研激光裝置的泵浦源。

光纖激光器的功率提升之路還在持續(xù)，適用的工作場(chǎng)景越來(lái)越多，工程化程度也越來(lái)越高，市場(chǎng)前景廣闊，大有可為。這些成果的取得一方面得益于我國(guó)在高功率光纖激光器領(lǐng)域研發(fā)的持續(xù)大量的投入，突破了關(guān)鍵材料、器件和系統(tǒng)的核心技術(shù)，培養(yǎng)了一批專業(yè)人才，另一方面得益于近年來(lái)光纖激光器在工業(yè)領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用，使得整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈更為完整，規(guī)?；瘍?yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)。