高功率光纤激光器及其应用
光纤激光器行业标准
光纤激光器行业标准光纤激光器是一种利用光纤作为增益介质的激光器，具有高能量密度、高光束质量、稳定性好等特点，被广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。
为了规范光纤激光器的生产和应用，制定行业标准是非常必要的。
本文将从光纤激光器的基本原理、技术特点、应用领域以及行业标准等方面进行介绍。
光纤激光器的基本原理是利用激光介质中的受激辐射原理，通过激发光纤中的掺杂离子或分子，使其产生受激辐射而放大光信号，最终形成激光。
相比于传统的气体激光器和固体激光器，光纤激光器具有体积小、重量轻、抗干扰能力强等优势，因此在通信领域得到了广泛的应用。
光纤激光器的技术特点主要包括高功率、高效率、窄线宽、单模输出等。
高功率是光纤激光器的重要特点之一，其功率可以达到数千瓦甚至更高。
高效率是指光纤激光器能够将电能转化为光能的效率，目前光纤激光器的电光转换效率已经超过了50%。
窄线宽和单模输出则保证了光纤激光器在光学通信和激光加工领域有着重要的应用。
光纤激光器在通信、医疗、材料加工等领域都有着广泛的应用。
在通信领域，光纤激光器被用于光纤通信系统中的光源，其稳定的输出特性和高效的能量转换使得其在长距离、高速传输中有着重要的地位。
在医疗领域，光纤激光器被应用于激光手术、激光治疗等领域，其精细的光束质量和可控的输出功率使得其成为医疗器械中不可或缺的部分。
在材料加工领域，光纤激光器被用于激光切割、激光焊接等工艺，其高能量密度和稳定性使得其在工业生产中有着广泛的应用前景。
为了规范光纤激光器的生产和应用，制定行业标准是非常必要的。
光纤激光器的行业标准应包括产品的基本参数、性能要求、测试方法、质量控制等内容，以确保光纤激光器的质量和性能达到国家和行业的标准要求。
同时，行业标准还应包括光纤激光器在通信、医疗、材料加工等领域的应用规范，以保障其在不同领域的安全和可靠性。
总的来说，光纤激光器作为一种新型的激光器，具有独特的技术特点和广泛的应用前景。
制定光纤激光器的行业标准对于推动其产业发展、规范市场秩序、提高产品质量具有重要的意义，希望相关部门和企业能够加强合作，共同制定和执行光纤激光器的行业标准，推动光纤激光器产业的健康发展。
高功率IPG光纤激光器应用简介
高功率IPG光纤激光器应用简介一、IPG光纤激光器简介1.光纤激光器简介光纤激光器是指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，光纤激光器可在光纤放大器的基础上开发出来:在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”，当适当加入正反馈回路(构成谐振腔)便可形成激光振荡输出。
2.光纤激光器的优势首先是使用成本低，光纤激光器替代了不稳定或高维修成本的传统激光器。
其次，光纤激光的柔性导光系统，非常容易与机器人或多维工作台集成。
第三，光纤激光器体积小，重量轻，工作位置可移动。
第四，光纤激光器可以达到前所未有的大功率(至五万瓦级)。
第五，在工业应用上比传统激光器表现更优越。
它有适用于金属加工的最佳波长和最佳的光束质量，而且光纤激光器在每米焊接和切割上的费用最低。
第六，一器多机，即一个激光器通过光纤分光成多路多台工作。
第七，免维护，使用寿命长。
最后，由于其极高的稳定性，大大降低了运行中对激光质量监控的要求。
简单来说就是高功率下的极好光束质量，高光束质量下的极好电光效率，高功率高光束质量下的极小体积、可移动性和柔性。
3.IPG简介全球最大的光纤激光制造商IPG Photonics由Valentin Gapontsev博士于1991年创建，总部设在美国东部麻省。
IPG在德国、美国、俄罗斯和意大利设有生产、研发基地，并在全球设有销售和服务网点，覆盖美国、英国、欧洲、印度、日本、韩国、新加坡和中国，并于2006年在美国纳斯达克上市。
十八年来，IPG致力于纵向合成，所有的核心配件均为IPG研发、生产和拥有，同时也是唯一一个能为客户提供高性价比的光纤和半导体激光器的厂家。
高功率是IPG的优势。
全世界已有上千台IPG的高功率(>1KW)光纤激光器在汽车制造、船舶制造、海上平台和石油管道、航空航天和技术加工等工业领域中得以应用。
在日本，我们向丰田、三菱、住友在内的客户售出了数百台IPG的大功率光纤激光器。
光纤激光 研究报告
光纤激光研究报告1. 引言光纤激光是一种基于光纤技术的激光器，其具有高功率、高效率、高稳定性等优点，被广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。
本文将对光纤激光的原理、应用和发展进行研究和分析。
2. 光纤激光原理光纤激光的原理主要是通过将激发能量传导到光纤芯心中，通过光纤的全反射作用，形成一条具有高能量浓度的光束。
光纤激光的核心部分是光纤芯心和泵浦源。
通过泵浦源向光纤注入大量能量，激发光纤芯心中的活性离子，产生激光。
3. 光纤激光的应用3.1 通信领域光纤激光在通信领域有着重要的应用。
传输速度快、容量大、抗干扰能力强等优点，使光纤激光成为长距离通信的首选技术。
利用光纤激光进行信号传输，可以实现高速、高质量的数据传输。
3.2 医疗领域光纤激光在医疗领域有着广泛的应用。
通过控制光纤激光的能量和焦点，可以实现对病变组织的精确切割和凝固，达到治疗的目的。
同时，光纤激光还可以用于激光治疗、激光手术等医疗操作。
3.3 材料加工领域光纤激光在材料加工领域也是一种非常重要的工具。
光纤激光具有高能量、高密度的特点，激光束的聚焦性良好，可以用于材料的切割、焊接、打孔等工艺。
相比传统的机械加工方法，光纤激光加工更加精细、高效。
4. 光纤激光的发展4.1 光纤激光器的类型光纤激光器根据工作波长和激光输出方式可以分为多种类型，包括连续波光纤激光器、脉冲光纤激光器、超快脉冲光纤激光器等。
4.2 光纤激光器的参数优化为了进一步提高光纤激光器的工作效率和稳定性，研究人员还对光纤激光器的多个参数进行了优化，包括泵浦光源功率、泵浦光纤长度、光纤材料等。
4.3 光纤激光器的发展趋势随着科技的不断进步，光纤激光器在功率、波长、调制速度等方面都得到了提升。
未来的发展趋势是进一步提高功率和效率，降低成本和体积，不断拓展应用领域。
5. 结论光纤激光作为一种基于光纤技术的激光器，具有广泛的应用前景。
在通信、医疗、材料加工等领域都有重要的应用。
随着技术的不断进步，光纤激光器的性能将不断提高，应用领域也会更加广泛。
光纤激光器的特点与应用
光纤激光器的特点与应用光纤激光器是在EDFA技术基础上发展起来的技术。
近年来，随着光纤通信系统的极大的应用和发展，超快速光电子学、非线性光学、光传感等各种领域应用的研究已得到日益重视。
光纤激光器在降低阂值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面，已明显取得进步。
它是目前光通信领域的新兴技术，它可以用于现有的通信系统，使之支持更高的传输速度，是未来高码率密集波分复用系统和未来相干光通信的基础。
1.光纤激光器工作原理光纤激光器主要由三部分组成:由能产生光子的增益介质、使光子得到反馈并在增益介质中进行谐振放大的光学谐振腔和可使激光介质处于受激状态的泵浦源装置。
光纤激光器的基本结构如图1所示。
掺稀土元素的光纤放大器推动了光纤激光器的发展，因为光纤放大器可以通过适当的反馈机理形成光纤激光器。
当泵浦光通过光纤中的稀土离子时，就会被稀土离子所吸收，这时吸收光子能量的稀土原子电子就会激励到较高激射能级，从而实现离子数反转。
反转后的离子数就会以辐射形式从高能级转移到基态，并且释放出能量，完成受激辐射。
从激发态到基态的辐射方式有两种，即自发辐射和受激辐射，其中受激辐射是一种同频率、同相位的辐射，可以形成相干性很好的激光。
激光发射是受激辐射远远超过自发辐射的物理过程，为了使这种过程持续发生，必须形成离子数反转，因此要求参与过程的能级应超过两个，同时还要有泵浦源提供能量。
光纤激光器实际上也可以称为是一个波长转化器，通过它可以将泵浦波长光转化为所需的激射波长光。
例如掺饵光纤激光器将980nm的泵浦光进行泵浦，输出1550nm的激光。
激光的输出可以是连续的，也可以是脉冲形式的。
光纤激光器有两种激射状态，三能级和四能级激射。
三能级和四能级的激光原理如图2所示，泵浦(短波长高能光子)使电子从基态跃迁到高能态E4或者E3，然后通过非辐射方式跃迁过程跃迁到激光上能级E43或者E3 2，当电子进一步从激光上能级跃迁到下能级E扩或者E3，时，就会出现激光的过程。
光纤激光器的原理及应用
光纤激光器的原理及应用引言机器人激光切割成套设备是基于机器人机构，利用光纤激光器产生的大功率高能密度定向激光，实现汽车用钢板等板材自动切割的成套生产设备。
由于光纤激光采用光纤传输，可将光束传送到远距离加工点，并且光纤自身可自由变换形状，在机器手的夹持下，其运动由机器手的运动决定，因此能匹配自由轨迹加工，完成平面曲线、空间的多组直线、异形曲线等特殊轨迹的激光切割。
激光加工在工业中所占的比重已经成为衡量一个国家工业加工水平高低的重要标志。
切割、焊接是汽车白车身制造中的重要生产工艺，尤其在新车型开发和小批量定制中，采用先进的激光切割(代替部分修边—冲孔工序的模具)可以大大提高开发效率、降低开发成本，从而使得激光切割的应用倍受青睐。
1.影响光纤激光器能量传输的主要因素由于激光在光纤中不可避免地会产生吸收、散射及透射等现象，所以导致光纤传输激光功率随光纤长度的增加而衰减。
通常用dB数来表示衰减度，dB值用下式计算式中，是衰减前的激光功率；P是衰减后的激光功率。
对于由传输长度引起的衰减来说，表示光纤中x=0处的激光功率，P是激光从x=0传播到x=x处的功率。
由式(1)可知，P(x)和的关系满足式中，x的单位为km，表示每千米衰减的dB数。
从式(1)可以看出，当耦合光纤足够长时，即使光纤的值较小，光纤长度引起的衰减也不可忽视。
对于激光能量分布按Gauss分布的光纤，其传输的激光功率密度(或称激光强度)I可认为与纤芯半径a的平方成反比，即因此，若保持光纤传输的激光功率不变，减小光纤芯径即减小传输激光能量的光纤纤芯的横截面面积，则光纤传输的激光功率密度将增加。
光纤耦合引起的衰减不容忽视。
例如在激光二极管点火中，激光二极管与光纤的耦合，光纤与光纤之间的耦合，光纤与点火器之间的耦合都存在能量损失。
激光的热效应也是不容忽视的。
在激光点火中，通常情况下，正是利用激光的热效应来引燃、引爆含能材料。
因此，光纤包层及封装材料的传热系数越大，热散失越多，光纤最终输出的能量损失越大。
780nm激光器用途
780nm激光器用途1. 光通信：780nm激光器具有较窄的光谱线宽和较高的功率稳定性，非常适合用于光纤通信系统中的光源。
它可以用作光纤放大器、光纤激光器和光纤光源等。
由于其工作波长接近于常规光纤的传输窗口，能够有效地传输信息，因此在光纤通信领域具有巨大的潜力。
2. 医疗应用：780nm激光器在医疗领域中被广泛应用于激光治疗、激光手术和激光诊断等方面。
例如，它可以用于皮肤病的治疗，通过选择性吸收激光的原理，可有效地去除不同类型的皮肤问题，如血管病变、色素沉着和皱纹等。
此外，它还可以用于眼科手术，如近视手术和白内障手术等。
3. 生物医学成像：780nm激光器在生物医学成像中的应用也非常广泛。
它可以用于各种成像技术，如光学相干断层扫描（OCT）、多光子显微镜和荧光显微镜等。
这些技术能够提供高分辨率和高对比度的图像，用于观察和研究生物体内部的结构和功能。
4. 工业应用：780nm激光器在工业领域中也有许多应用。
例如，它可以用于激光雷达系统中的探测和测距，用于无人驾驶汽车、机器人和安防系统等。
此外，它还可以用于激光制造、激光切割和激光焊接等工业加工过程中，以提高加工精度和效率。
5. 科学研究：780nm激光器在科学研究中也具有重要的地位。
例如，它可以用于光谱分析，透过分析被物质吸收和发射的光谱线来研究物质的结构和性质。
此外，它还可以用于原子物理学和量子光学等领域中的实验研究，用于制备冷原子和量子纠缠等。
6. 军事和安全：780nm激光器在军事和安全领域中也有一定的应用。
例如，它可以用于激光测距仪和激光瞄准器等。
此外，它还可以用于激光雷达系统，以监测和追踪目标。
总之，780nm激光器具有广泛的应用领域，包括光通信、医疗、生物医学成像、工业应用、科学研究和军事安全等。
随着激光技术的不断发展，预计它的应用领域将进一步扩大。
高功率激光器的发展与应用研究
高功率激光器的发展与应用研究自从激光技术被发明并且应用于实践以来，便引起了全球科技领域的广泛关注。
激光技术作为一种精密测量与精确制造的基础工具，功能应用正在不断地拓展。
高功率激光器近年来在国内外科学研究与工业领域中得到广泛关注和应用，并取得了突破性成果。
本文将介绍高功率激光器的发展历程以及其在各个领域的应用研究。
高功率激光器的发展历程激光技术是一种高能量密度的电磁波，具有单色化、一束集中、相干性强、调制度高等特点。
激光器的功率越高，其应用领域及应用效果就越广泛和明显。
早期的激光器功率仅为几个瓦特，现在已经发展到超过10万瓦。
其中，高功率激光器的发展历程如下：1962年，美国贝尔实验室科学家塞奇维克首次制作出了一台连续波四个激光器。
1964年，美国女性物理学家瓦特斯斯研制出一台半导体激光器，并开创了激光器发展新局面；1977年，美国贝尔实验室研制出了一台发射功率达1千瓦级别的连续激光器材料；1983年，加拿大国家技术研究所研制出了输出功率高达750瓦的固体激光器；1990年，法国创新公司研制出了国际上最先进的1兆瓦钛宝石激光器；2000年，日本以太空开发为基础，发明了世界上首款远离地球300千米使用的氢气激光器，被称为“超炫激光器”。
可见，高功率激光器的发展历程经历了40多年的漫长的历程，由早期的几个瓦特到现在超过10万瓦，技术已经得到了较为全面的提升。
高功率激光器的应用研究随着高功率激光器的不断发展，其应用研究也得到了较多的关注，被广泛应用于各个领域，如以下几个案例：医疗领域：近年来，高功率激光器被广泛地应用于医疗领域，如在冠状动脉阻塞、治疗癫痫和癌症、慢性肝病、糖尿病、靶向治疗乳腺癌等方面。
其中，钛宝石激光器、半导体激光器和二氧化碳激光器等设备是医院中使用最多的类型。
光通信领域：传统的光通信技术是以光纤通信方式为主的，但是随着激光技术的发展，越来越多的激光设备被应用于光信号传输。
高功率激光器通信系统可以用于卫星通信、海底电缆通信、高速列车通信和远程飞行器通信等领域。
高功率连续光纤激光器用途
高功率连续光纤激光器用途高功率连续光纤激光器是一种能够输出高功率连续激光束的光学设备。
它利用了光纤的优异特性，如高效率、高光束质量和长寿命等，成为各种应用领域中不可或缺的重要工具。
以下是高功率连续光纤激光器的一些主要用途。
1. 材料加工：高功率连续光纤激光器在材料加工方面具有广泛的应用。
例如，在金属切割和焊接领域，激光器的高功率和高能量密度使其能够轻松地处理各种金属材料，如钢、铝和铜等。
此外，激光器还可以用于刻蚀、打标和钻孔等细微的材料修饰任务。
2. 激光医疗：高功率连续光纤激光器在激光医疗领域中也有广泛的应用。
激光器的高功率和可调谐的波长使其成为眼科手术、皮肤修复和毛发去除等多种医疗程序的理想选择。
此外，激光器还可以用于癌症治疗、疤痕修复和血管疾病等其他医疗应用。
3. 科学研究：高功率连续光纤激光器也是科学研究中不可或缺的工具之一。
例如，在物理学和化学领域，激光器可以用来进行光谱分析、光散射和拉曼光谱等实验研究。
此外，激光器还可以用于光学显微镜、干涉测量和光学相干断层扫描等高分辨率成像技术。
4. 通信：高功率连续光纤激光器在通信领域中也有重要的应用。
激光器的高功率输出和大带宽使其成为高速光纤通信系统的关键部件。
激光器可以用于光纤放大器、光纤光栅和光纤耦合器等设备，用于增强、调制和传输光信号。
5. 军事应用：高功率连续光纤激光器在军事应用领域中有着广泛的需求。
例如，激光器可以用于目标照明、精确定位和激光导引等任务。
此外，激光器还可以用于激光雷达、光电子战和远程探测等系统。
6. 光通信：高功率连续光纤激光器在光通信领域也有着重要的作用。
激光器的高功率输出和高光束质量使其成为光纤通信系统中的关键光源。
激光器可以用于长距离、高速的光纤通信系统，提供稳定、高效的光信号传输。
7. 光学测量：高功率连续光纤激光器在光学测量方面也有广泛的应用。
例如，在激光雷达和光学测距仪中，激光器的高功率和短脉冲宽度使其成为精确测量目标距离和速度的理想选择。
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2020/5/18
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高功率光纤激光器的工作原理-3
内包层
掺Yb单模纤芯 外包层
专利设计双包层泵浦光纤之截面图 光纤光栅
掺镱双包层泵浦光纤 低折射率的外包层光纤 输出端
2020/5/18
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高功率光纤激光器的工作原理-4
特殊耦合器
2020/5/18
多模Diode Pnmp
5m纤芯
Tapered Fiber Bundle
在单模纤芯内被镱原子吸收的多模泵浦光
Multi-mode pump light is absorbed by ytterbium atoms in the single-mode core
2020/5/18
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掺稀土元素硅光纤的制作
使用MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition)设 备
掺杂稀土元素的单模纤芯
Rare earth doped single mode core
多模泵浦光 Multi-mode pump light
特殊设计的树杈形包层光纤
Cladding fiber in “the fork of a tree”shape
单模输出 Laser output Single-mode
大小）；
*方便光纤导出；
*易于系统集成；
*无有体积庞大的电源系统。
2020/5/18
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高功率光纤激光器的工作原理-1
光纤激光器是在光纤放大器的基础上而发展起来 的。
它是利用掺杂稀土元素的光纤，再加上一个恰当 的反馈机制便形成了光纤激光器。
掺杂稀土元素的光纤就充当了光纤激光器的增益 介质。
在光纤激光器中有一根非常细的光纤纤芯，由于 外泵浦光的作用，在光纤内便很容易形成高功率 密度，从而引起激光工作物质能级的粒子数反转。
稀土元素溶液的掺杂
低折射率镀层制做双 包层光纤
超声成型
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高功率光纤激光器的工作原理- 6
若在包层光纤材料中掺杂不同 的稀土元素，例如掺杂铒(Er)， 铥(Tm)，镨(Pr)，镱(Yb)等不同 的稀土元素即会使得光纤激光器 有多种不同的激光波长输出。
如果用多个多模激光二极管同 时耦合至双包层光纤上，就可以 获得高功率的激光输出。
2020/5/18
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高功率光纤激光器的应用领域
金属和非金属材料的加工与处理； 激光雕刻； 激光产品打标； 激光焊接，焊缝清理； 精密打孔； 激光检测和测量； 激光图形艺术成像； 激光雷达系统，污染控制； 传感技术和空间技术； 激光医学等等。
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高功率光纤激光器的主要特性
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高功率光纤激光器的工作原理-5
7 MM Fiber 0.16 NA
Single mode output
Bundles with all MM ports for coupling to Yb-doped fiber
Multi-Mode input fiber
1,多模大功率激光二极管泵浦; 2,专门的耦合设计.
2020/5/18
3
引言
光纤激光器是当前激光技术研究领域中的前沿 课题，它的研究与应用亦日趋活跃。
国家自然科学基金委和“863”分别将其列入 2019年的重大研究课题和攻关项目。
随着激光二极管及其泵浦技术、光纤材料和工 艺研究的进展，适合多种不同应用目的的光纤 激光器亦缤呈异彩地涌现于世。
其应用领域也已从目前最为成熟的光纤通讯网 络方面迅速地向其他更为广阔的激光应用领域 扩展。
这就是被称之为双包层、多模、 并行泵浦技术。
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Yb3+离子能级图
F2 5/2 能级
激发态子能级e
980nm泵浦
F2 7/2能级
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在光纤材料中掺杂铒(Er)，铥(Tm)，镨(Pr)， 镱(Yb)等不同的稀土元素便会使光纤激光器有 多种不同的输出波长；
由于双包层泵浦技术
(Double Cladding Pumped Technology) 的发 明与特殊工艺的融合便诞生了高功率的光纤激 光器；
目前光纤激光器波长范围可以从蓝、绿、红可 见波长到2000nm；
高功率光纤激光器及其应用
High Power Fiber Laser & Its Application
2020/5/18
中国科学院广州电子技术研究所 王天及
1
次目
摘要 引言 高功率光纤激光器的工作原理 高功率光纤激光器的特性及其应用展望
2020/5/18
2
摘要
1，概要地描述高功率光纤激光器的基本 工作原理和关键技术; 2，介绍目前国际市场上刚出现的几种新 颖的高功率光纤激光器,并介绍它们的特 征; 3，对高功率光纤激光器在一些领域中的 应用进行了展望。
*可在恶劣的环境下工作（由于其共振腔置于光纤内部，
即使在高冲击，高震动，高湿度，有灰尘的条件下皆可正常运转，而环境
温度范围允许在-20 C至+70 C之间）；
*无论是连续或脉冲的运转方式皆无需庞大的水冷或风冷系统.
只需一般的散热体或简便的风冷即可，
*其外型紧凑体积小（光纤激光器模块的体积大约有一本字典的
一般是采用光纤光栅构成光纤激光器的谐振腔。
2020/5/18
8
高功率光纤激光器的工作原理-2
高功率光纤激光器的关键技术:
用于泵浦的宽面、多模大功率激光二极管; 截面为梅花瓣形的内包层或多孔的双包层光纤； 单模掺镱纤芯; 锥形捆扎或树叉形双包层光纤泵浦光导入口; 特殊耦合技术; 光纤光栅谐振腔.
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光纤激光器基本结构示意图
Sketch of fiber laser
泵浦光970nm
泵浦光970nm
光纤光栅100%反射
光纤光栅10%反射
2020/5/18
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几种泵浦方式
1
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多模、包层泵浦示意图 Multi-mode,cladding pumping
包层cladding
光纤激光器输出的连续激光功率从百毫瓦量级 上升到百瓦的量级,千瓦量级,乃至万瓦量级。
2020/5/18
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高功率光纤激光器的主要优点
2019年1月,美国一公司推出一种掺镱的高功率光纤激光器，其连续出功率 高达700瓦 (波长为1.06m), 这种激光器的特点是：
*转换效率高（可高达20%）； Nhomakorabea*寿命长（平均无故障工作时间在10万小时以上）；