在过去的几年中，光纤激光器在技术上取得的巨大的进展，包括引入千瓦级的CW设备，1该激光器的年销售额有望超过1亿美元，成为重要的商业激光器技术。光纤激光器可以认为是当前市场上增长最快的激光技术。
及光纤接合的图片。由高度多模式的泵
浦光转变成单模的输出光束的光学转换
效率在优化的光纤激光器腔中的典型值
是75%,这里亮度提高了几个数量级。
基本的模块
光纤激光器的优势之一是设备的整体化本质（也就是所谓的全光纤）。这指的是激光光束（事实上是泵浦光）在入射到模块输出处的准直透镜以前，从未离开过光纤波导。对于这个整体架构来说，关键是将相关的光纤组件系列接合或者熔化在一起。为了实现这些接合的光纤组件的低损耗，必须生产一系列光纤，使它们具有类似的光学常数，比如直径和数值孔径，每个都为实现相关的“激光器”功能而进行优化。例如掺镱的活性光纤（增益介质），感光光纤（在紫外光的照射下获得布拉格光栅，以形成激光器空腔），各种用于泵浦输送的连接器/组合器光纤，光束扩展的端口光纤，等等。图1给出了一个典型光纤激光器的腔型结构。
与传统的Nd:YAG固态激光器，整体化结构明显降低了激光器腔内空气/玻璃光学界面的数目。这带来了可靠性的提高，并减少了维修与保养的需要，因为从本质来说，内腔的光学界面的污染和故障被去除了。此外，合并的光纤激光器腔体使得在激光器的使用期限中无须重整腔内的镜子，这样，使用光纤激光器技术从整体上降低了维护的需要，与使用其他固态激光器相比，产品的拥有成本就大大降低了。
此外，光纤激光器的模式质量是由光纤波导参数决定的，而这些参数是由玻璃的折射率分布来确定的。因此，在整个激光器的使用期限内，光束质量基本上是确定的——它既不会随着时间改变，也不需要预热过程。这个特性与大部分固态激光器形成强烈对比，对这些激光器来说，光束质量是由谐振腔的设计来决定的，而它会随着时间改变，它可能需要实时的监控和重整。通过优化光纤设计，甚至在输出功率超过1kW的连续光时，光纤激光器也能得到单模的，近衍射极限的光束质量。1这样的光束质量对传统的Nd:YAG激光器，甚至对于圆盘激光器技术来说，都是很难实现的。
纤激光器系数图。由于掺镱活性光纤高度的转换
效率，使得激光器腔即使在接近100W连续输出
时也能实现被动冷却。图中没有显示泵浦二极管。
很重要的是，目前标准化等级在系列部件中开始出现，从掺杂的活性光纤激光器本身，到光纤布拉格光栅，耦合器，以及泵浦二极管（如图2）。此外，接线机的大部分制造商目前正在开发并且优化半自动的接合程序，它专门用于处理高功率光纤激光器腔中的光纤，这项进展将帮助许多不熟悉光纤处理的用户，降低进入这个技术领域的阻碍。这项标准（它是十年前在电信光纤放大器应用中制定的）将促使更多的组件供应厂商加入这个行业。日益激烈的竞争将有助于降低技术的成本，从而进一步提高光纤激光器技术的可靠性。从长期的角度来看，光纤技术的广泛采用将导致光纤激光器公司间的竞争，这些公司目前正在寻求完整的纵向一体化的途径。
nextpage 泵浦二极管的选择
光纤激光器的魅力在于该技术的高效性，通过该技术可以大大提高光束质量，从（导入覆层内的）多模式的泵浦二极管激光器的光束转变成（从掺镱芯线输出的）基本上是单模的输出光，光－光转换效率接近75%。光纤的折射率分布使得泵浦光被耦合到光纤的包覆层内，而包覆层的直径较大 （典型值是130-400 μm），数值孔径（NA）也大（典型值是0.46）。与此相比，掺镱的光纤芯线数值孔径（NA）和直径都小，因此，它只能支持一个横模（如图3）。使用掺稀土的芯线，包覆层吸收泵浦光（假设在915 nm）的过程在几十米的光纤长度内出现，这导致了在1060-1100 nm波段有一个增益。由光纤布拉格光栅对（高度反射镜和输出连接器）提供的光学反馈形成了激光腔。芯线的波导决定了输出的激光模式质量，甚至在输出功率>1kW1时也可能实现单模。
泵浦光纤激光器一个普遍的手段是使用类似电信中的单发射极二极管（它基于单个的宽带二极管，假设输送5-7 W）连接到105μm/0.22NA的传输光纤上。2选择这种泵浦技术的优势在于每个二极管的平均故障间隔时间(MTBF)较长，整个二极管体系的冷却较为灵活，而且所谓的“间隔尺寸”使得光纤激光器只要增加一个额外的泵浦二极管就能够直接的得到~3W的增长。与此相比，基于二极管bar条的泵浦源典型的架构模块是~30W，它更经常被连接到较粗的光纤，典型值是400μm/0.22NA。泵浦功率的增加，比如一个100 W的光纤激光器，可以通过连接多个泵浦二极管，它是利用基于光纤熔接的光纤泵浦组合器（如图1），或者可以使用自由空间的微型光学系统，结合使用光束整形技术多路传输，通过许多bar条或者bar条堆栈后进入一路光纤。表格中详细给出了得到100W的光纤激光器可采用的选择。
多模式的泵浦光沿着400 μm，
0.46NA的波导传输，被掺镱
的芯线吸收，导致了激光作用的
产生。输出的激光器光束质量由
芯线的波导参数确定，在功率>
1kW时也可以是单模输出。
由于过去几年二极管bar条封装技术的改善3，目前在商业应用上已经可以实现20,000小时或者更长的使用寿命。对于泵浦光纤激光器来说，选择单发射极二极管还是bar条目前取决于应用的需要（功率上的要求），但是在许多场合里，它可能最终是由泵浦源的价格来决定的，即美元/瓦。从封装和制造方面考虑，为实现100W的激光器，处理40个左右各自为5-7W的单发射极二极管，不如使用三个乃至七个光纤耦合的bar条。
由于光纤激光器出色的光束质量，在100W甚至更高的范围内，它被用于传统固态激光器无法实现的新应用领域。早期，微加工和印刷就采用了这项技术5，在低功率领域（10W），光纤激光器在标记非金属和半导体工业中有新的应用。然而，目前光纤激光器的主要市场之一是使用调Q的光纤激光器的打标系统，该激光器峰值功率在5-10W范围。
脉冲光纤激光器
在脉冲光纤激光器的情况中，构造比图1所示的稍微要复杂一点，通常是来源于主控振荡器的功率放大器设计（mater oscillator power amplifier）。振荡器可以是一个调Q的光纤激光器，它随后被放大到10-20W级别，以便产生脉冲能量为0.5-1mJ的光脉冲，或者是在这个设计中，将调Q振荡器换成一个种子二极管激光器和一个预放大级。这些脉冲激光器的优势之一是时间特性上的高度灵活性，包括重复率，脉冲宽度，以及脉冲形状（而不会改变激光器的光束质量）6。
结论：光纤激光器已经成为商业应用上十分重要的激光器技术，其年销售额超过1亿美元，而且应用范围不断扩大，应用中使用了该技术的关键特性：高效率、冷却要求低、可靠性高、光束质量好，以及系统运转的高度灵活性。原本，用来建成光纤激光器所使用的光纤技术以及各种各样的元件集中在几家垂直一体化的公司手中，但是，与几年前的情况相比起来，现在这些技术和元件已经形成生产标准，而且日益成熟，这样就促使了许多生产商进入这一行业，从而有助于降低制造光纤激光器的成本。一个很好的例子是（专门用来泵浦高功率光纤激光器的）高亮度二极管泵浦的发展，实现这项关键技术的二极管供应商数目正在不断增长。过去几年中，高亮度泵浦二极管的美元/瓦比值不断下降，就充分说明了这一点。
Bryce Samson是Nufern 公司（E. Granby, CT.）开发部门的副部长；
Andy Held是该公司销售和市场部门的副部长。
