德国研发新型三包层光纤组件 千瓦级两微米激光器获突破

在工业加工与医疗应用领域，波长约为两微米的掺铥光纤激光器正逐渐成为传统激光技术的有力补充。这类激光器因其在特定材料吸收率上的优势，能够解决常规激光源难以处理的痛点。然而，长期以来，市场上缺乏能够同时满足高光束质量、充足输出功率以及在高可靠性准连续波（QCW）模式下稳定运行的商用激光光源。特别是在功率达到千瓦级别时，系统的可靠性和维护成本成为制约其大规模应用的关键瓶颈。近日，德国莱布尼茨激光研究所（LZH）宣布在新型光纤光学组件研发上取得重要进展，通过开发基于三包层光纤的组件，为构建高功率、低维护成本的2微米光纤激光器架构提供了新的技术路径。

突破三包层光纤耦合技术瓶颈

三包层光纤因其独特的结构设计，能够支持更高的泵浦能量密度和更好的光束质量，是提升光纤激光器性能的核心材料。但在实际应用中，如何高效地将泵浦光注入这种复杂结构的光纤中，一直是行业难题。LZH科研团队利用其自主研发并拥有专利的二氧化碳（CO2）激光加工技术，成功攻克了这一工艺障碍。该技术能够精准去除三包层光纤Zui外层玻璃包层的微小区域，从而在侧面形成通往泵浦包层的通道。这一创新工艺使得研究人员能够将泵浦二极管的光纤侧向熔接至内层玻璃包层，即泵浦光包层，从而高效地为激光过程提供所需的泵浦能量。

除了耦合技术，热管理和模式控制也是高功率光纤激光器设计的核心挑战。为此，LZH团队还开发了专门针对三包层光纤的包层模剥离器（Cladding Mode Strippers）。通过CO2激光对三包层光纤进行精细结构化处理，这些组件能够高效地从光纤系统中移除未被吸收的泵浦光。这一技术不仅提高了系统的光学效率，还有效防止了杂散光对激光器性能的不利影响，确保了系统在长时间运行下的稳定性。

关键指标达到水平

在性能测试方面，LZH团队开发的信号-泵浦耦合器展现了卓越的技术指标。在输入功率高达475瓦的情况下，这些耦合器的平均耦合效率达到了90.1%±2.5%。这一效率水平与传统光纤耦合器的行业标准相当，但对于结构更为复杂的三包层光纤而言，这是一项重大的技术突破。由于光学损耗极低，研究人员推测该组件在更高功率下仍能保持优异性能，这为实现目标中的千瓦级输出功率奠定了坚实基础。

与此同时，包层模剥离器也表现出色。在导出光功率为250瓦时，其耦合效率超过20分贝（dB）。这一数据表明，基于三包层光纤的设计可以广泛应用于各种激光器和放大器架构中，不仅提高了光纤集成的紧密度，还为系统在严格光束质量要求下的进一步功率扩展提供了可能。

该研发项目名为“开发用于医疗和农业应用的高性能QCW 2微米光纤激光器”（DECOMP），是在Eurostars计划框架下进行的国际合作项目。该项目获得了欧盟创新资助机构（E!234）以及德国联邦教育与研究部（01）的资金支持。LZH在项目中与Futonics Laser GmbH合作，并联合了韩国合作伙伴COSET, Inc.及韩国光子技术研究所（Korean Photonics Technology Institute），共同推动Zui终激光系统的实现。

从行业背景来看，德国作为全球精密光学和激光技术的传统强国，其在基础材料加工和核心组件制造方面拥有深厚的积累。此次LZH与工业界及韩国伙伴的合作，反映了欧洲在高端制造领域通过跨国协作加速技术商业化的趋势。2微米波段激光器在医疗软组织切割、牙科治疗以及农业中的特定光谱分析中具有独特优势，其市场潜力正在逐步释放。然而，核心光学组件的国产化率和成本控制仍是制约全球市场竞争力的关键因素。

对于中国激光行业从业者而言，这一进展提供了重要的技术参考。三包层光纤及其配套组件的高性能化，是提升高功率光纤激光器光束质量和可靠性的必经之路。国内企业在关注整机性能的同时，应加强对上游核心光学元件工艺的研发投入，特别是在特种光纤加工、精密耦合封装及热管理技术方面。通过掌握类似CO2激光微加工等关键工艺技术，有望打破高端激光组件的技术壁垒，提升国产激光设备在医疗和高端工业加工领域的国际竞争力。