从医疗碎石到工业焊接，从激光雷达到遥感探测——2μm波段的掺铥光纤激光器正以其独特的光学特性，成为激光家族中冉冉升起的"全能选手"。本文将带你深入了解这一前沿技术的原理、应用与中镭迅光国产仪器推荐。
什么是掺铥光纤激光器？
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790nm波段泵浦光源进行激发的Tm³⁺较多。当选择一个泵浦光源为790nm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790nm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%。
应用领域解析
1、医疗领域
针对医疗应用优化，具备医疗器械级别的可靠性和安全性：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。推荐QCW高峰值功率型号，如1300W峰值功率的准连续激光器，碎石效率高。组织切割与消融：在犬类前列腺汽化实验中，汽化速率达到0.21G/min，止血效果优异。推荐连续型单模激光器，光束质量好，切割精细。
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
2、工业与科研领域
针对工业与科研环境优化，支持24小时连续运行：
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。推荐中高功率连续型，焊接速度快，强度高。
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4. 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
2μm激光的未来
中镭迅光作为国产化高性能光源的自主研发企业，持续聚焦2μm掺铥光纤激光器技术创新，以更高功率、更高亮度、更高稳定性为目标，为医疗、工业、科研场景提供专业化解决方案。
产品推荐：如何选择适合你的掺铥光纤激光器？
面对市场上琳琅满目的掺铥光纤激光器产品，如何根据自身需求选择最合适的型号？下面从多个维度为你梳理。
按输出模式分类
按功率等级分类
中功率系列（100-200W）
适用场景：泌尿外科手术、软组织切割、工业焊接、科研
特点：水冷散热、功率稳定、支持长时间运行
代表产品：CW-200W水冷连续掺铥光纤激光器，输出功率200W，适用于医疗和工业多种场景.
高功率系列（250W以上）
适用场景：高效碎石、厚材料焊接、大功率科研应用
特点：高功率输出、高峰值功率、稳定可靠
代表产品：中镭迅光新一代1940nm QCW 250W/1300W高功率准连续掺铥光纤激光器——连续模式≥250W，脉冲模式峰值功率≥1300W，单脉冲能量高达13J，重复频率1-3000Hz可调，光束质量M²<1，接近衍射极限。
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。
注：本文仅供科普参考，不作为医疗建议。具体治疗方案请咨询专业医生。返回搜狐，查看更多
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