行业新突破｜2μm掺铥光纤激光器连续250w峰值1300w

摘要

中镭迅光推出1940nm QCW 250W/1300W准连续掺铥光纤激光器，峰值功率达1300W，突破激光行业性能边界。2μm QCW准连续掺铥光纤激光器在保持 250W连续输出实现精准止血效果的同时，更可通过1300W峰值功率完成高效激光碎石应用，兼具高功率输出与长期运行稳定性两大核心优势。为医疗碎石、非金属加工及科研领域提供高端国产化光源解决方案。

新一代1940nm QCW 250W/1300W高功率准连续掺铥光纤激光器实现以下突破：

• 中心波长：1940nm+/-10nm

• 连续模式：≥250W

• 脉冲模式：峰值功率≥1300W

• 单脉冲能量：13J@10Hz@10ms

• 重复频率：1-3000Hz可调

• 光束质量因子M² < 1.5，接近衍射极限

• 长期运行稳定可靠

核心原理：

高功率掺铥光纤激光器（TDFL），采用MOPA（Master Oscillator Power Amplifier，主振荡功率放大器）结构。其原理可以概括为：

种子源（主振荡器)：先由一个性能较好的激光振荡器（如半导体激光器、光纤激光器等）产生低功率但具有所需特性（如特定波长、窄线宽、脉冲波形等）的种子激光；

功率放大器：将种子激光注入到一级或多级光纤放大器上，该部件通常采用双包层掺稀土离子光纤，泵浦光激发增益介质对种子光进行功率放大，尽量保持原有的光谱、时序和光束质量。

结构优点：MOPA把“激光产生”与“激光放大”分开，既能获得高功率输出又能避免在高功率下振荡器难于稳定工作而引起模式竞争、热效应等问题，非常适合脉冲激光（纳秒、皮秒、飞秒）的高功率放大及窄线宽、可调谐激光的功率提升。

一句话总结，主振荡器负责“做好光”，功率放大器负责“做强光”。

图1 MOPA原理图

另外，TDFL性能来源于增益介质中Tm³⁺离子的能级跃迁特征及对能量调控效果等。在实际工作中，通常使用790 nm波段泵浦光源进行激发的Tm³⁺较多。当选择一个泵浦光源为790 nm时，泵浦光会被掺铥光纤中的Tm³⁺吸收，此时基态（³H）粒子将从寿命短的高能级（³H₄)跃迁至无辐射的亚稳态能级（³F₄）。该处于亚稳态能级的粒子将快速向无辐射的低能级移动，并耗散一部分能量，而这些能量有利于粒子在低能级上进行累积。如果³F₄与基态（³H）粒子数密度相反即超过了大小（³F₄能级中粒子数大于³H），那么在谐振腔反馈作用下便可以由³F₄向³H跃迁从而产生受激辐射。输出激光的主要波长集中在1.9～2.1μm之间。

图2 Tm3+能级结构图

TDFL之所以具有高的量子效率，是因为Tm³⁺离子间存在着一种交叉弛豫，即两个处于较高能级（³H₄）的Tm³⁺离子与位于基态（³H）中的Tm³⁺离子发生非辐射能量转移后在相互作用下同时会弛豫到亚稳态(³F₄）。由于一个泵浦光子在790 nm波段可以激发两个Tm³⁺离子到激光上能级（³F₄），所以TDFL不受一个泵浦光子对应一个激光光子的限制，理论量子效率达200%。

应用领域简述：

医疗领域

泌尿外科碎石：2μm激光被水强烈吸收，可以很好地粉碎结石，热损伤带仅为0.1mm。

组织切割与消融：在犬类前列腺汽化实验中，汽化速率达到0.21 G/min，止血效果优异。

……

图3 不同波长在水和其他生物组织成分中的吸收和穿透深度

图4 激光用于泌尿外科碎石

图片来源网络

工业与科研领域

聚合物焊接：2μm激光可以实现无吸收剂焊接，对于聚乙烯，其焊接强度高于母材80%以上。

激光雷达与遥感：2μm波段位于大气窗口，适用于远距离探测。

材料加工与光谱分析：高功率、线宽窄，的特性适合用作精密加工或者传感。

图5 左：对接焊接两块高度透明塑料的示意图。右：由亚琛Prolas GmbH公司使用2微米Tm:YAG激光器制备的焊接示例（对接焊接4毫米PMMA和T型粘接3毫米PMMA） 图片来源：DOI: 10.5772/39538

光谱图

波形图：重复频率1Hz

重复频率2Hz

重复频率5Hz

重复频率10Hz

重复频率100Hz

重复频率500Hz

重复频率1000Hz

重复频率2000Hz

重复频率3000Hz

连续模式下光斑图                 

  脉冲模式下光斑图

脉冲功率输出稳定@10Hz

连续模式输出功率稳定性

脉冲模式下功率输出稳定性@100Hz：130W

结语

2μm准连续掺铥光纤激光器连续250w峰值1300w这不是终点，而是起点！

未来，中镭迅光将继续聚焦国产化高性能光源自主研发，以创新驱动产品升级，持续打磨激光核心技术，向着更高功率、更高亮度、更高稳定性、更优性能的目标稳步迈进。为医疗、工业、科研场景提供专业化解决方案。

关于中镭迅光

中镭迅光是一家专注高端激光技术国产化的科创型企业，核心是激光光源的研发、生产与供应，深耕2μm掺铥光纤激光器。产品采用全光纤结构，性能稳定可靠，具备多波长可选、支持灵活定制等优势，可为客户提供专业、稳定、可靠的解决方案。公司立足国内的激光市场，凭借稳定可靠的供应链与优异产品品质，精准满足科研及工业领域的特殊定制化需求，业务覆盖激光医疗美容、激光加工、航空航天、先进科学等众多领域。

中镭迅光坚持以市场需求为导向，专注高附加值产品研发与高品质服务，致力于打造技术领先、质量可靠、服务完善的激光领域标杆企业，助力高端激光装备国产化进程。