参考文献：科普：什么是光纤激光器
1.什么是光纤？
光纤全称光导纤维，通常是一种圆柱型的光波波导，光波波导是一种”引导光走特定路径“的结构，就像电线引导电流，水管引导水流，简单来说就是”导光介质“，把光限制在细长透明纤维内部、实现低损耗远距离传输的介质。
1.1基本概念
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全反射原理：
- 这是光纤能传光的物理基础。光在折射率的介质（就是光纤芯）射向折射率低的介质（外面包层）时，如果角度合适，光会被完全反射回来，就像在一个管道不停的弹射向前运动。
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光纤的结构：
- 纤芯：传输光的部分。
- 包层：包裹在光纤外，折射率比纤芯低。
- 涂覆层：保护层，保护光纤不脆断。
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单模vs多模：
- 单模光纤：纤芯很细，只允许一种模式的光传输，光束质量极好，主要用于激光器和长距离通信。
- 多模光纤：纤芯较粗，允许多种模式传输，光束质量较差。
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特种光纤：
- 普通光纤传光，增益光纤产生光。掺杂光纤，在玻璃里掺入了稀土离子，它们时发光的燃料。
- 双包层光纤：这里看上面参考文献，讲解非常详细，它是高功率光纤激光器的核心技术。它有两个包层，泵浦光在较大的内包层跑，激光在细小的纤芯跑。
1.2激光物理基础
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能级跃迁与粒子数反转：
- 电子吸收能量从低能级跳到高能级，然后掉下来发出光子。什么是泵浦？给激光器或光放大器注入能量的过程，让它能发出光或放大光信号。
2.什么是光纤激光器
光纤激光器是一种利用掺杂稀土元素的光纤作为增益介质，产生激光的物质的激光器。
简单来说就是在光纤里产生激光。
传统激光器（如红宝石激光器、YAG激光器）通常使用晶体棒或气体作为发光物质，而光纤激光器则是稀土元素（如镱Yb、铒Er、铥Tm等）掺入到纤芯中。当泵浦光照射这些光纤时，光纤内部产生激光并输出。
2.1 发光原理
光纤激光器工作原理基于受激辐射和光放大，主要过程：
- 泵浦：使用高功率的半导体激光器作为泵浦源，发射出泵浦光。
- 吸收与跃迁：泵浦光射入掺杂光纤，光纤中的稀土离子吸收光能，其电子从低能级跃迁到高能级。
- 受激辐射：高能级的电子不稳定，会跌落回低能级，并释放特定波长的光子。这些光子在光纤内诱发更多的离子产生相同的光子。
- 谐振放大：光纤两端刻有光纤布拉格光栅，它们起到了反射镜的作用。光在光纤内来回反射、震荡、不断被放大。
- 输出：当激光能量达到一定阈值，部分激光透过输出端的光栅射出，形成高亮度的激光束。
2.2核心结构
光纤激光器的结构通常是全光纤化的，主要由以下几部分组成：
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泵浦源：通常是高功率半导体激光二极管阵列，提供能量来源。
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增益介质：掺杂了稀土元素的特种光纤。
- 核心双包层光纤，上面有写。
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谐振腔：由一对光纤布拉格光栅组成，代替了传统激光器的光学镜片，无需机械校准。
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光束合束器：将多路泵浦光耦合进一根光纤中。
2.3 核心优势
对比传统的CO2激光器和YAG激光器，光纤激光器优势：
- 光束质量极好：由于激光在细小的纤芯中产生，输出的光斑非常小且圆，发散角小，能量密度极高，切割精度极高。
- 电光转换效率高：光纤激光器的插头效率可达25%-35%，而CO2激光器只有10%，YAG只有3%，代表非常省电。
- 散热性能好： 光纤就像一根细长的线，表面积与体积比很大，散热极快，通常只需风冷或简单的水冷，无需庞大的冷却系统。
- 结构紧凑，免维护： 也就是所谓的“Fit and Forget”（安装即忘）。因为没有透镜、镜片需要由于震动而重新校准，光路全封闭在光纤里，防尘防震，寿命极长。
- 柔性传输：激光直接通过光纤导出，极易与机器人手臂、自动化设备集成，进行三维加工。
