繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后，激光是20世紀(jì)以來人類的又一項(xiàng)重大成就^[1]，因其具備良好的方向性、單色性、相干性和高亮度等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、通信、娛樂、醫(yī)療、科研國(guó)防等領(lǐng)域，日漸成為信息時(shí)代高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈中的關(guān)鍵一環(huán)。表1是激光器的不同分類方式。

激光由受激離子產(chǎn)能能級(jí)的躍遷所產(chǎn)生，生成的激光種類多樣^[2]，根據(jù)工作物質(zhì)狀態(tài)的不同，可分成固體激光器、氣體激光器、液體激光器、自由電子激光器以及一些新型獨(dú)立命名的激光器，如光纖激光器、半導(dǎo)體激光器、化學(xué)激光器等；按泵浦方式不同，可分成光泵浦、電泵浦、熱泵浦、化學(xué)反應(yīng)泵浦等，部分激光器還會(huì)采用混合泵浦的方式；按激光的輸出光波工作方式，又可分成連續(xù)激光器、準(zhǔn)連續(xù)激光器和脈沖激光器；按輸出光波的波長(zhǎng)，可分為紅外激光器、可見光激光器、紫外激光器等；甚至按激光的輸出功率大小，也可分成低、中、高以及超高等不同檔位。

傳能光纖是指能夠?qū)崿F(xiàn)激光能量傳輸?shù)墓饫w，具有傳輸功率高、損耗低、柔韌性良好以及損傷閾值高等優(yōu)良特性^[3]。配合傳能組件一起使用，傳能光纖可以將光能精準(zhǔn)地導(dǎo)入到目標(biāo)區(qū)域，是激光應(yīng)用中的重要一環(huán)。當(dāng)前市場(chǎng)上常見的激光傳能光纖，主要是由石英玻璃為主材料制造而成的各類大芯徑光纖，典型的有如下幾類：常規(guī)大芯徑光纖、大芯徑特種幾何端面光纖和大芯徑空芯光纖。

• 什么是高功率激光？

而何為高功率激光，同樣在不同場(chǎng)景下也有各自的定義標(biāo)準(zhǔn)，圖2為不同應(yīng)用領(lǐng)域的激光功率范圍。

生物醫(yī)療方面，將直接照射時(shí)不會(huì)對(duì)靶組織造成不可逆性損傷的低功率激光，稱為弱激光，也被稱為低強(qiáng)度激光；與弱激光相對(duì)應(yīng)的，就是強(qiáng)激光。弱激光的輻射功率通常在幾個(gè)mW到數(shù)百mW之間，也常用輻照強(qiáng)度即單位面積上的光輻射功率來表示。醫(yī)療美容上應(yīng)用的連續(xù)激光輻照強(qiáng)度一般不超過幾十個(gè)mW/cm²，大多為幾個(gè)mW/cm²。

工業(yè)方面，將輸出功率在100 W以下的定義為低功率激光器，100~1000 W定義為中功率激光器，1 kW及以上定義為高功率激光器，但有時(shí)也將100~1500 W的功率范圍定義為中功率激光器，功率超過10 kW的激光器則定義為超高功率激光器。根據(jù)加工場(chǎng)景的不同，選擇不同功率的激光器。

軍事方面，不同國(guó)家的定義標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同。按照美國(guó)國(guó)防部的定義，高能激光武器的平均輸出功率要≥20 kW，或每個(gè)脈沖能量≥30 kJ，而實(shí)戰(zhàn)型戰(zhàn)術(shù)激光武器必須達(dá)到100 kW量級(jí)^[5]，旨在通過高功率激光照射產(chǎn)生熱能直接毀傷目標(biāo)。

在安全方面，功率超過500 mW的激光，統(tǒng)稱為大功率激光（即4類激光器，實(shí)際上對(duì)于輸出功率為5~500 mW的3B類激光器，就已有嚴(yán)格的防護(hù)措施要求）^[6]，此類激光不但其直射光束對(duì)眼睛和皮膚有很大的損傷，甚至直接反射、漫反射均會(huì)造成傷害。故此類激光設(shè)備都必須帶有“危險(xiǎn)”標(biāo)識(shí)，使用時(shí)需佩戴護(hù)眼裝置。

• 激光功率

圖3 自然光和燈泡向四周均勻輻射能量，激光具備方向性，且出射光斑面積小，輻照強(qiáng)度大

此外，連續(xù)激光器和脈沖激光器之間，功率和能量也有很大的不同，一般連續(xù)激光器以功率為參數(shù)，脈沖激光器以能量為參數(shù)。對(duì)于脈沖激光器，其激光峰值功率（Peak Power）=脈沖能量/脈寬（Pulse Width）（圖4），激光平均功率=脈沖能量×重復(fù)頻率（每秒脈沖個(gè)數(shù)，1/t_p-t-p）。

假設(shè)一個(gè)脈沖激光器1秒鐘發(fā)射10個(gè)脈沖（重復(fù)頻率10 Hz)，每個(gè)脈沖能量100 mJ、持續(xù)10 ns，那么單個(gè)脈沖的峰值功率是：100 mJ/10 ns = 10000 kW，而該激光器的平均功率只有100 mJ×10 Hz = 1 W。脈沖激光器的脈沖頻率越高，峰值功率越大，其能量也越高。通常來說，脈沖激光器功率較小，連續(xù)激光器功率較大，還有一種介于兩者之間的準(zhǔn)連續(xù)激光器，準(zhǔn)連續(xù)也是脈沖輸出，但脈沖的占空比較大，單個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，通常為μm、ms量級(jí)（圖5）。

• 對(duì)傳能光纖的需求

為什么采用大芯徑結(jié)構(gòu)？基于低非線性的要求，只有光纖模場(chǎng)面積足夠大才能滿足，而大的纖芯直徑可有效增大光纖模場(chǎng)面積；此外，由于光纖纖芯可以承受的光功率和纖芯尺寸成正比，面對(duì)數(shù)千甚至上萬瓦級(jí)別的激光輸出功率，傳能光纖采用大芯徑結(jié)構(gòu)成為必然（對(duì)比普通單模光纖芯徑通常只有9~10 μm，大芯徑結(jié)構(gòu)光纖芯徑往往大于50 μm）。

在激光加工領(lǐng)域，傳能光纖提高了激光加工的自動(dòng)化性能、柔性和安全性能，除廣泛應(yīng)用于各類重型臺(tái)式、柜式激光器之外，更是在手持式激光焊接應(yīng)用上大放異彩。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外商用大功率手持光纖激光焊接機(jī)，最大輸出功率可達(dá)1500 W~2000 W，傳能光纖、焊槍的保護(hù)管路（氣冷或水冷）和控制線等均預(yù)先組裝在保護(hù)線纜內(nèi)（長(zhǎng)度可自定義，一般為5~10 m）。手持焊接，靈活方便（圖6），替代了以前的固定光路焊接，也使得激光焊接在室外操作成為現(xiàn)實(shí)，對(duì)傳統(tǒng)焊接工藝形成有力競(jìng)爭(zhēng)。

對(duì)激光醫(yī)學(xué)領(lǐng)域來說，最重要的就是激光光束導(dǎo)引系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、導(dǎo)光頭和外科輔助設(shè)備。目前，純石英大芯徑光纖已成為醫(yī)用激光傳輸系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)元件，在美容、手術(shù)治療和光動(dòng)力療法等方面獲得廣泛應(yīng)用（圖7）。在激光點(diǎn)火系統(tǒng)中引入傳能光纖有利于激光點(diǎn)火系統(tǒng)整體的小型化和實(shí)用化（圖8）。因此，有必要對(duì)傳能光纖進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹。

圖7 Lumenis出品Pulse 120H泌尿系統(tǒng)激光碎石機(jī)，其使用的傳能光纖芯徑在240~272 μm之間，且為了保護(hù)輸尿管軟鏡內(nèi)村，光纖頭被加工成扁平形或圓形(“球頭”)

特別要指出的是，激光傳能光纖，僅僅用作激光的傳輸媒介，不具備增益功能，屬于無源光纖（Passive fiber）。而在光纖激光器和光纖放大器中，常用稀土摻雜光纖用作激光的增益介質(zhì)，該類稀土摻雜光纖屬于有源光纖（Active fiber）。部分有源光纖也會(huì)采用大芯徑結(jié)構(gòu)，其同無源光纖的區(qū)別主要在于是否具備激光增益功能。