三、從國內千瓦光纖激光試驗數(shù)據(jù)分析，高功率單模固體激光仍然沒有實現(xiàn)

圖一是網(wǎng)上提供的一張照片，科學院某研究所1000瓦全光纖激光器作的一次損傷試驗，從圖我估計切縫大概1——2毫米，激光束會聚光斑也應在這范圍；最多大約6毫米的景深，錐度明顯。下面是簡單的推論;

第一、全光纖激光的增益光纖芯直徑20微米，NA0.06，輸出激光的光斑直徑20微米，全角度小于120毫弧度。

第二、使用有效通光孔徑120毫米的透鏡，將20微米直徑激光會聚成1或2毫米光斑，會聚鏡頭與會聚點的距離大約50或100米；會聚鏡頭為12毫米時，距離5或10米。

第三、會聚光斑的錐度是千分之1.2或0.6，疑問一是圖一所示的試驗，切縫應該幾乎看不出錐度，而圖一中的切縫錐度明顯。

第四、激光束的直徑20微米、發(fā)射全角小于120毫弧度即小于2.4毫米毫弧度，這樣的激光相當于56千瓦單模CO2激光器，即使3000瓦近單模CO2激光的切縫遠小于2毫米，錐度也比這個試驗效果要好。

第五、我們可以認為這臺光纖激光器，由于泵光吸收不充分，其它各種因素影響，1000瓦激光中還有相當一部分是400微米包層中發(fā)出的光。我把這種不利因素夸大，1000瓦光功率中，僅有100瓦是直徑20微米增益光纖中發(fā)出的激光，即使這樣這100瓦的激光也相當于3000瓦單模CO2激光器發(fā)出的光，這已經(jīng)是目前最好的單模CO2激光器了，但是這臺全光纖激光器的試驗結果，遠比這差。

反過來我們考慮400微米直徑、NA0.46光纖發(fā)出的1000瓦激光，會聚成直徑1或2毫米的光斑后：

第一、會聚成直徑1或2毫米的光斑，光斑擴大2.5倍或5倍，束散角半角變?yōu)?00毫弧度或100毫弧度。

第二、考慮鋼柱直徑13毫米，這束會聚光束傳輸6毫米以后，光束直徑增加為3.4毫米或3.2毫米。這樣，這個試驗結果和400微米包層光纖輸出的1000瓦激光相符。

根據(jù)上述分析，可以初步考慮該1000瓦全光纖激光器的輸出光束，近似400微米、NA0.46光纖輸出的光束。

四、結束

激光在工業(yè)加工中，取決定作用的是激光器的亮度，單位（毫米*毫弧度）2輸出功率，而不是單一的激光器輸出功率指標。單模固體激光（燈泵、DPL、DISK和光纖激光器）是1.35毫米*毫弧度，CO2激光是13.5毫米*毫弧度，相同功率時固體激光器的極限亮度是CO2激光器的100倍，現(xiàn)實激光加工市場中的固體激光器遠沒有達到1.35毫米*毫弧度極限，甚至還達不到CO2激光器的光束質量。盡管IPG公司的千瓦光纖激光器、SPI公司的200瓦光纖激光器、通快公司的3000瓦DISK激光器，樣本上報道的數(shù)據(jù)是單?；蚪鼏文＃窃趯嶋H切割金屬材料中，并沒有被用戶接受，即使這些公司自己報道的數(shù)據(jù)也不過和CO2激光實現(xiàn)的數(shù)據(jù)在一個數(shù)量級。事實是從幾十瓦至千瓦單模固體激光仍然是一個沒有達到的難題。至少是在激光加工應用中，30瓦以上的單模固體激光器加工技術有待研究開發(fā)。

從公式（一）可見，激光武器也取決于激光器的亮度和發(fā)射天線有效通光面積（D2），有效通光孔徑1500毫米的發(fā)射天線，100公里處單模Nd:YAG激光會聚光斑直徑90毫米，10公里處9毫米。這就告訴我們幾兆瓦的氧碘激光器，摧毀100公里外的起飛段的導彈幾乎沒有可能。第一、氧碘激光要達到單模，增益直徑需要小于0.8毫米，輸出2個兆瓦這是很困難的，增益區(qū)的功率密度達到了十的9次方瓦/平方厘米；第二、即使是單模，這樣的功率密度還不能夠瞬間摧毀目標，需要跟蹤一段時間，跟蹤同樣是一個成像的極限分辨率，幾乎沒有實現(xiàn)的可能。但是將這樣的激光器用于10公里以內的近地防空，單模會聚光斑直徑是10毫米，功率密度達到2兆瓦，就可以在瞬間摧毀飛行目標。

中篇我將分析燈泵固體激光、端泵和側泵固體激光、DISK激光器為什么沒有不能夠實現(xiàn)單模大功率輸出。比較詳細分析光纖激光器，回答為什么會出現(xiàn)上述現(xiàn)象。下篇根據(jù)中篇分析得出的固體激光器的缺陷提出幾種全新的固體激光器的設計。