隨著激光應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，在工業(yè)制造、航天科技、橋梁隧道等諸多領(lǐng)域都需要使用高功率、高光束質(zhì)量的激光光源。一般來說，光束質(zhì)量M2＜1.3稱為單模激光，1.3＜M2＜2為準(zhǔn)單模激光，M2＞2為多模激光。在多模激光里面，2＜M2＜4可以稱之為高亮度多模激光器。高亮度多模激光器雖然屬于多模激光，但是它仍然保持了很多單模激光高亮度的特性，同時(shí)在成本控制、穩(wěn)定性以及抑制非線性效應(yīng)等等方面都比單模或準(zhǔn)單模激光要好很多，所以在某些應(yīng)用領(lǐng)域呈現(xiàn)出無可替代的優(yōu)勢(shì)。

在技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)上，由于單纖激光器的功率擴(kuò)展存在理論極限，并且在實(shí)際開發(fā)中遇到了模式不穩(wěn)定、非線性效應(yīng)等等困難，所以目前10kW以上高亮度光纖激光光源都是采用了多個(gè)光纖激光模塊光束合成的方式。光束合成分為相干合成和非相干合成兩大類。在非相干合成領(lǐng)域，又分成功率合束器和光譜合束兩種方式。盡管相比光譜合束等其他新型合束方案，通過光纖功率合束器會(huì)帶來較多的光束質(zhì)量退化，但是它仍然是目前應(yīng)用最早、技術(shù)最成熟、方案最簡潔、運(yùn)行最穩(wěn)定的一種方式。

以功率合束器為核心技術(shù)的多模激光器最早報(bào)道是IPG公司，他們?cè)?/span>2009年實(shí)現(xiàn)了10.5kW多模輸出并申請(qǐng)專利，在2013年推出了高達(dá)100kW多模工業(yè)化產(chǎn)品。我國的高功率光纖激光器起步較晚，但是近年來發(fā)展迅速。例如銳科于2017年啟動(dòng)30kW工業(yè)級(jí)光纖激光器國家重點(diǎn)項(xiàng)目，創(chuàng)鑫于2019年推出30kW工業(yè)級(jí)激光器。可以說短短幾年內(nèi)，10-15 kW功率合束多模激光器已經(jīng)成為國內(nèi)各個(gè)光纖激光器廠商的標(biāo)配。盡管目前多模高功率激光器在工業(yè)領(lǐng)域的運(yùn)用已經(jīng)越來越廣泛，但是市場(chǎng)上大多數(shù)6 - 10kW量級(jí)工業(yè)多模激光器的光束質(zhì)量因子 M2≈ 10 - 11 。高亮度多模激光產(chǎn)品參數(shù)如下表所示：

高亮度多模激光典型的光束質(zhì)量測(cè)試結(jié)果如下圖所示：

如何在一定的合束效率下，還能保持較高的光束質(zhì)量，對(duì)實(shí)現(xiàn)這種高亮度多模激光器顯然是非常關(guān)鍵的。對(duì)其核心器件——激光功率合束器的理論研究表明：三合一功率合束器輸出的光束質(zhì)量極限M2 ≈ 2.4 ，七合一功率合束器輸出的光束質(zhì)量極限M2 ≈ 3.5 。但是實(shí)際應(yīng)用中很難實(shí)現(xiàn)理想的功率合束。大多數(shù)制造商往往片面的追求功率合束效率，而忽略了對(duì)光束質(zhì)量的控制。而M2≤4的高亮度多模激光器，有著技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)功率合束技術(shù)方面浸淫多年的深厚技術(shù)積累，還在于他們對(duì)核心器件以及整機(jī)設(shè)計(jì)秉承了以下理念：

1、 激光器合束方案采用三合一功率合束的方式。三合一方式輸出的光束M2理論極限值是最小的，相比七合一等其他合束方式，能夠輸出更好的光束質(zhì)量。

2、 采用了純單模激光模塊進(jìn)行合束。純單模激光模塊的光束質(zhì)量因子M2 ＜1.3 ，保證合束之后光束質(zhì)量接近理論極限值。

3、 用工匠精神研究每一個(gè)技術(shù)細(xì)節(jié)，例如實(shí)現(xiàn)了比較理想的光纖模場(chǎng)匹配，以及超低損耗異型光纖熔接等。

以厚板高反材料的切割為例，6kW高亮度多模激光器切割速度參數(shù)如下表所示：

從表中可以看出，與普通6kw多模激光器相比，6kw高亮度多模激光器針對(duì)厚板高反材料切割有明顯的加工優(yōu)勢(shì)。例如切割黃銅的速度是普通多模6kw切割速度的二到三倍，有效提升了加工效率，能夠?yàn)榭蛻艄?jié)約可觀的生產(chǎn)成本。

目前單模光纖激光器在厚板材料深熔焊，以及特種材料高速切割和焊接中存在功率明顯不足的問題，若采用普通多模激光器則由于熱影響區(qū)域太大而影響切割、焊接的速度和質(zhì)量。高亮度多模激光器正是填補(bǔ)了這一空白區(qū)域，在各種常規(guī)厚板材料的切割或深熔焊、特種材料高速切割焊接以及遠(yuǎn)程加工領(lǐng)域展現(xiàn)出較大優(yōu)勢(shì)和良好前景。