一、光纤光栅及其制备过程

激光器核心部分主要有三个：泵浦源、增益介质和谐振腔。其中光纤激光的泵浦源是半导体激光器、增益介质是特种光纤。那么，光纤激光器的谐振腔又是什么呢？下面我们一起一探究竟。

光纤激光器的谐振腔主要是由特种光纤和一段光栅组成。在高功率的光纤激光器中，光纤光栅的作用有两点：

一是将信号光束缚在谐振腔内进行正反馈；

二是让低反光栅端输出激光；

光纤激光器中有两种光栅：一种是高反光栅，反射率在99.5%左右；一种是实低反射光栅，也叫作输出光栅，反射率在10%左右。一般大功率的光纤激光器使用光纤布拉格光栅。

光纤光栅在光纤激光器中的布局

光纤光栅通过一定方法让光纤的纤芯的折射率发生轴向变化，成为衍射光栅。实质上就是在光纤内部形成一个窄带的（透射和反射）的反射镜。当一束宽光谱经过光纤光栅时，满足条件的波长将发射，其余的光继续透过。光纤光栅决定了光纤激光器的输出波长和带宽。

光纤光栅示意图

光纤光栅的制造是利用光纤的光敏特性，通过紫外光曝光的方法将入射光相干场的图样写入纤芯，形成永久性的空间相位光栅。主要流程包括：光纤增敏、刻写、推敏、涂覆、测试五大环节。

光纤光栅制备过程

目前常用的光纤增敏方法主要有4种：掺入光敏性杂质、多种掺杂、高压低温氢气扩散处理、剧火。

光栅刻写技术中最为主流的是相位掩模法。相位掩模法是将图形掩模置于探光纤上，紫外光经过掩模相位调制后衍射到光纤上形成干涉条文，写入周期为眼膜周期一半的布拉格光栅。

光纤光栅属于无源光纤器件，2005 年 IPG 光子公司采用输出 980nm 半导体激光阵列作为抽运源，用光纤溶锥抽运技术和光纤光栅谐振腔技术实现的掺铥双包层光纤激光器输出功率已达 150W。根据锐科激光与创鑫激光招股说明书，两家国内厂商所使用的高功率光纤光栅仍然依赖于进口。

低功率光纤光栅已经能实现国产化并进行市场销售，但光纤激光器采用的中高功率光栅大部分仍依赖进口，国外主要光纤光栅生产商为 TeraXion。2017 年长飞光纤推出用于千瓦级光纤激光器的双包层光纤光栅，打破由国外厂商垄断高功率光纤光栅的局面。但我国大部分光纤光缆产品层次较低，价格竞争激烈，高端产品严重依赖进口，国外品牌仍然占据我国特种光纤市场大部分份额，光纤激光器元器件国产化进程亟待加快。

二、激光合束器

为了提高光纤激光器的输出功率，一般需要光纤合束器将泵浦光耦合进双包层光纤中。

光纤合束器按照功能可以分为功率合束器和泵浦合束器。功率合束器将多路单模激光合束到一根光纤中输出，以提高激光的输出功率（一般称为单模-多模光纤合束器）。泵浦合束器主要是将泵浦光合束到增益介质中。

按照构成方式可以分为不含信号光纤的N*1光纤合束器和包含信号光纤的（N+1）*1光纤合束器。

泵浦合束器示意图

功率合束器示意图

泵浦光进入光纤中有两种方式：端面泵浦和侧面泵浦，其中主要方案包括6种：自由空间法、光纤端面熔接法、TFB(Taper Fiber Boundle)、V 形槽侧面耦合法、微棱镜侧面耦合泵浦法、光纤侧面熔接法。目前拉锥光纤组束（TFB）的方法被大家广泛使用。

国内合束器供应商有郎光科技、中科汇纤光电等，国外供应商主要有加拿大 ITF、Technologies。目前国内主要激光器制造商锐科与创鑫都已掌握合束器制造核心技术并实现规模化生产，成功实现产品化 12kW 功率光纤激光器，其中锐科单模组最高输出功率 2kW，创鑫最高功率 1.5kW。但是国内厂商在输出功率上与国外龙头公司 Coherent、IPG 等仍有差距，IPG 单模最高 20kW，多模组最高输出功率 500kW；Coherent 单模最高功率 2.5kW，多模最高 10kW。