光纤激光器英文名称为Fiber Laser，指用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器，其中掺镱光纤是高功率掺镱光纤激光系统核心的器件之一，然而随着光纤激光器输出功率的提升，各种稳定性“杀手”比如横向模式不稳定(Transverse Mode Instability, TMI)、受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering, SRS)现象以及热损伤等浮出水面。

不久前，凯普林光纤激光器产品总监赵巨云线上分享《高功率光纤激光器前沿技术与创新应用》，详细描述了如何狙击光纤激光器稳定性“杀手”。本期，我们一起回顾。

光纤激光器主要由泵浦源、增益介质(有源光纤)、谐振腔三大部分构成。

谐振腔结构光纤激光器原理：通过前向和后向的合束器，将泵浦半导体激光器LD的功率经过光纤光栅(高发光栅HR、低反光栅OC)注入到掺镱双包层光纤(YDF)中。YDF中稀土离子吸收泵光后，形成粒子数反转分布，产生自发辐射光，然后在光纤光栅对(HR-OC)的作用下形成受激辐射光放大产生激光，并经过OC和输出光缆QBH输出出来。

放大器结构光纤激光器原理：与谐振腔相似，所不同的是通过前级的种子源激光器来减少了系统对单元器件承受功率的要求。进而可以得到更高的功率。

谐振腔结构光纤激光器

放大器结构光纤激光器

横向模式不稳定TMI效应

横向模式不稳定是指高功率光纤激光在达到某一特定阈值后，随着输出功率提升或超过一定时间发生的由稳态基模输出突然变为非稳态高阶模式输出，它会导致光束质量下降，限制光纤激光输出功率的提升。严重情况会让号称 “快的刀，准的尺，亮的光”的激光名不副实。

横模不稳定效应原理示意图实验数据模式不稳定发生后，基模和高阶模式之间的功率会不断耦合，总功率不变。

当存在弯曲滤模等机制时，基模损耗小，高阶模式的弯曲损耗大，导致绿线的高阶模式被滤除，则输出端表现为时域上的基模抖动。

20μm，0.065NA光纤的弯曲损耗

模式不稳定物理机理

影响因素不同于传统高能激光，模式不稳定是热效应与光纤模式的耦合导致的，因此，模式不稳定的影响因素除了与废热有关还与光纤的模式特性有关。光纤废热影响因素：

光纤掺杂特性影响(掺杂浓度和掺杂区域半径)

暗化的影响信号特性的影响(信号光功率、信号强度噪音、信号初始高阶模比例、信号光波长、信号强度调制)

泵浦特性影响(泵浦功率、泵浦波长、泵浦强度调制)

泵浦方式的影响(前向泵浦、后向泵浦、侧向泵浦和双向泵浦)

光纤材料的影响