三、从国内千瓦光纤激光试验数据分析，高功率单模固体激光仍然没有实现

图一是网上提供的一张照片，科学院某研究所1000瓦全光纤激光器作的一次损伤试验，从图我估计切缝大概1——2毫米，激光束会聚光斑也应在这范围；最多大约6毫米的景深，锥度明显。下面是简单的推论;

第一、全光纤激光的增益光纤芯直径20微米，NA0.06，输出激光的光斑直径20微米，全角度小于120毫弧度。

第二、使用有效通光孔径120毫米的透镜，将20微米直径激光会聚成1或2毫米光斑，会聚镜头与会聚点的距离大约50或100米；会聚镜头为12毫米时，距离5或10米。

第三、会聚光斑的锥度是千分之1.2或0.6，疑问一是图一所示的试验，切缝应该几乎看不出锥度，而图一中的切缝锥度明显。

第四、激光束的直径20微米、发射全角小于120毫弧度即小于2.4毫米毫弧度，这样的激光相当于56千瓦单模CO2激光器，即使3000瓦近单模CO2激光的切缝远小于2毫米，锥度也比这个试验效果要好。

第五、我们可以认为这台光纤激光器，由于泵光吸收不充分，其它各种因素影响，1000瓦激光中还有相当一部分是400微米包层中发出的光。我把这种不利因素夸大，1000瓦光功率中，仅有100瓦是直径20微米增益光纤中发出的激光，即使这样这100瓦的激光也相当于3000瓦单模CO2激光器发出的光，这已经是目前最好的单模CO2激光器了，但是这台全光纤激光器的试验结果，远比这差。

反过来我们考虑400微米直径、NA0.46光纤发出的1000瓦激光，会聚成直径1或2毫米的光斑后：

第一、会聚成直径1或2毫米的光斑，光斑扩大2.5倍或5倍，束散角半角变为200毫弧度或100毫弧度。

第二、考虑钢柱直径13毫米，这束会聚光束传输6毫米以后，光束直径增加为3.4毫米或3.2毫米。这样，这个试验结果和400微米包层光纤输出的1000瓦激光相符。

根据上述分析，可以初步考虑该1000瓦全光纤激光器的输出光束，近似400微米、NA0.46光纤输出的光束。

四、结束

激光在工业加工中，取决定作用的是激光器的亮度，单位（毫米*毫弧度）2输出功率，而不是单一的激光器输出功率指标。单模固体激光（灯泵、DPL、DISK和光纤激光器）是1.35毫米*毫弧度，CO2激光是13.5毫米*毫弧度，相同功率时固体激光器的极限亮度是CO2激光器的100倍，现实激光加工市场中的固体激光器远没有达到1.35毫米*毫弧度极限，甚至还达不到CO2激光器的光束质量。尽管IPG公司的千瓦光纤激光器、SPI公司的200瓦光纤激光器、通快公司的3000瓦DISK激光器，样本上报道的数据是单模或近单模，但是在实际切割金属材料中，并没有被用户接受，即使这些公司自己报道的数据也不过和CO2激光实现的数据在一个数量级。事实是从几十瓦至千瓦单模固体激光仍然是一个没有达到的难题。至少是在激光加工应用中，30瓦以上的单模固体激光器加工技术有待研究开发。

从公式（一）可见，激光武器也取决于激光器的亮度和发射天线有效通光面积（D2），有效通光孔径1500毫米的发射天线，100公里处单模Nd:YAG激光会聚光斑直径90毫米，10公里处9毫米。这就告诉我们几兆瓦的氧碘激光器，摧毁100公里外的起飞段的导弹几乎没有可能。第一、氧碘激光要达到单模，增益直径需要小于0.8毫米，输出2个兆瓦这是很困难的，增益区的功率密度达到了十的9次方瓦/平方厘米；第二、即使是单模，这样的功率密度还不能够瞬间摧毁目标，需要跟踪一段时间，跟踪同样是一个成像的极限分辨率，几乎没有实现的可能。但是将这样的激光器用于10公里以内的近地防空，单模会聚光斑直径是10毫米，功率密度达到2兆瓦，就可以在瞬间摧毁飞行目标。

中篇我将分析灯泵固体激光、端泵和侧泵固体激光、DISK激光器为什么没有不能够实现单模大功率输出。比较详细分析光纤激光器，回答为什么会出现上述现象。下篇根据中篇分析得出的固体激光器的缺陷提出几种全新的固体激光器的设计。