7月17日，在众多嘉宾的见证下，创鑫激光160kW超高功率光纤激光器正式发布，为国产超高功率光纤激光器阵营再添一名“强将”。

▲嘉宾观看160kW实切

多模160kW超高功率光纤激光器代表了当前连续高功率光纤激光器的最高水平，具备功率大、亮度高、集成度高、可靠性高等诸多优点。尽管研发初期面临着种种困难与挑战，但在创鑫激光研发团队的不懈努力下都取得了实质性的突破与创新。

今天，就给大家一一揭晓这台设备背后所凝聚的创鑫研发智慧结晶与技术。

挑战1——高功率子模块亮度如何提高？

多波长耦合和三包层光纤创新匹配

如何提升高功率子模块亮度是创鑫研发团队面临的其中一个重要挑战，也是提升整机光束质量的关键点。采用50或者100μm的光纤，很难实现超高功率的高亮度。这就好比使用大水管进行合束，最终水管管径难以实现小型化，导致亮度上不去。

为解决这个问题，研发团队采用了具有创新性的34μm芯径三包层有源光纤和135μm纤芯的高亮度泵源，并设计了振荡-放大两级光学方案。通过多波长耦合技术，这些高亮度泵源光经过合束后与三包层光纤匹配，从而实现了34μm光纤输出。研发团队最终研制出10kW高功率高亮度子模块，实现光束质量BPP＜1.0mm·mrad，拉曼抑制比＞45dB。

▲160kW切割400mm碳钢

由于创鑫独家专利的三包层光纤相比普通双包层光纤增加了一层石英材质的特殊反射面，其可以反射90%的泵浦光，最高耐受温度达1000℃，能承受万瓦以上泵浦光，光能量承载力更大，更好地确保小芯径高能量输出的稳定性；同时通过优化纤芯及波导设计使得激光光场分布更加合理，并能有效抑制拉曼效应。

多波长耦合和三包层光纤的创新匹配设计，大幅提升了子模块的亮度，克服了常规激光器在100μm或50μm输出时的亮度不足问题，为160kW的合束奠定了优异的器件基础，显著提高了整体系统的光束质量。

挑战2——非线性效应如何解决？

器件层分立式优化

计算层分布式抑制

160kW激光能量密度高，控制拉曼效应是重大技术门槛。因为非线性效应会严重限制激光器输出功率和稳定性提升、劣化激光光束质量。

针对高功率光纤激光器中常见的非线性效应问题，研发团队在种子级、放大级和能量合束模块分别采取了多种针对性控制措施。在种子级，通过精确调整光纤长度、选择合适的泵浦方式和引入抗拉曼倾斜光栅，抑制了非线性效应。在放大级，通过优化增益光纤的折射率分布和设计增益光纤的纤芯直径与包层结构，提升了光纤的功率承载能力。在能量合束模块，通过传输光纤设计，降低光纤中的功率密度，减少了长距离传输中的拉曼光放大问题。

从数据上看，创鑫160kW 拉曼输出水平可达42dB，子模块拉曼抑制比控制在50dB。通过多层次的优化和控制措施，有效抑制了受激拉曼散射效应，提高了高功率光纤激光器的稳定性和光束质量。

挑战3——核心器件承受力如何提升？

高功率剥模器技术

在160kW超高功率光纤激光器的研发中，核心无源器件如能量合束器、包层光剥离器和传输光纤的承受功率问题至关重要。

研发团队通过严格控制输入支路子模块的光束质量、提前剥离包层光、使用低折射率材料和高温材料封装，优化能量合束器的光束质量和散热性能。包层光剥离器采用分段剥离和水冷封装散热的方式，传输光纤通过强制冷却和增大石英头控制光缆温度和端面功率密度。

▲160kW切割文字

（材质：不锈钢，厚度：100mm，高：近1米）

通过多项创新措施和材料应用，160kW大幅提升了能量合束器的合束效率和耐高温能力，显著提高了核心无源器件在高功率运行下的可靠性。包层光剥离器的热管理能力和传输光纤的功率承受能力也得到显著提升，为设备的稳定运行提供了坚实的技术支撑。

挑战4——如何高效热管理？

构建热管理平台+一体化LOE

在超高功率激光器中，热量处理是确保系统稳定性的重要环节。

160kW通过设计模块多路水道增加水冷板的散热能力，使用高导热胶水和风冷技术，结合空调控制激光器内部温度，形成了高效的热管理系统。通过数值计算和传热仿真联合计算的方法，对散热结构进行了优化，确保了光纤系统的稳定性和可靠性。

此外，160kW配备的是创鑫激光自主研发的一体化LOE，采用的双重水冷设计，可实现一体内腔多水道冷却，散热效率提升大于50%。加之，其采用的高等级材料结合超光滑冷加工、镀膜工艺，实现了超高损伤阈值，确保160kW稳定输出。

▲160kW切割400mm碳钢

▲160kW切割100mm不锈钢

这些技术亮点和突破不仅解决了160kW超高功率光纤激光器研发中的关键技术难题，确保了产品的技术先进性，使其在国际激光器市场中处于领先地位，还为未来超高功率激光器的发展提供了宝贵的经验和技术积累。

目前，160kW超高功率光纤激光器已申请发明专利31件，已授权18件，获软件著作权登记4项，且在权威检测机构国家激光器件质量检测中心的严格检测下取得了全激光参数CNAS检测认证，并在众多行业专家的严格审查下获得了《科学技术成果》权威认证，其稳定的产品性能及高质高效的加工能力必将在船舶制造、大型钢构件等加工领域获得应用，取得显著的社会和经济效益。

文章来源：创鑫激光

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