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MOPA光纤激光器与调Q光纤激光器的区别

光电汇OESHOW

2021-01-11

导读：实用干货

张楠¹ 卢飞星²

（1、深圳市杰普特光电股份有限公司，2、国家激光加工产业技术创新战略联盟）

MOPA(Master Oscillator-Power Amplifier, 主振荡功率放大)激光器是指由激光振荡器与放大器级联的一种激光器结构。而在工业界，MOPA激光器指代由电脉冲驱动的半导体激光种子源和光纤放大器构成的一种独特的，更为“智能化”的纳秒脉冲光纤激光器。

其 “智能化”主要体现在输出脉冲宽度独立可调(范围可到2 ns-500 ns)，且重复频率可高达兆赫兹。调Q光纤激光器的种子源结构是在光纤振荡腔内插入损耗调制器，通过周期性地调制谐振腔内的光损耗而产生一定脉宽的纳秒脉冲光输出。

纳秒脉冲激光器随着金属标刻、焊接、清洗、切割等工业应用已为人们所熟知。作为纳秒脉冲激光器的两大实现方式，MOPA结构和调Q结构的区别和优势分别是什么？对于这个常常困扰大家的问题，我们将从激光器内部结构、输出光学参数及应用场景三方面做个简单解析。

01

激光器内部结构

MOPA光纤激光器和调Q光纤激光器的内部结构原理示意图如下：

图 1 MOPA和调Q光纤激光器结构原理示意图

MOPA光纤激光器和调Q光纤激光器内部结构差异主要在于脉冲种子光信号的产生方式不同。

MOPA光纤激光器脉冲种子光信号是由电脉冲驱动半导体激光芯片产生，即通过驱动电信号调制输出光信号，因此对于产生不同的脉冲参数（脉宽、重复频率、脉冲波形以及功率等）有很强的灵活性。

调Q光纤激光器的脉冲种子光信号是通过周期性地增大或降低谐振腔内的光损耗而产生脉冲光输出，结构简单，更具有价格优势。但受调Q器件等影响，脉冲参数有一定的限制。

02

输出光学参数

MOPA光纤激光器输出脉冲宽度独立可调。MOPA光纤激光器的脉冲宽度具有任意可调谐性（范围为2 ns～500 ns）。脉宽越窄，热影响区域越小，可以得到更高的加工精度。调Q光纤激光器输出脉宽不可调，脉宽一般输出在80 ns～140 ns某一固定值不变。
MOPA光纤激光器重复频率范围更宽。MOPA激光器重频可达到MHz的高频输出。高重频意味着高加工效率，且MOPA在高重频条件下仍能保持高峰值功率特性（如图2所示）。调Q光纤激光因受限于Q开关的工作条件，输出频率区间较窄，高频仅可达到～100 kHz。

图 2 MOPA光纤激光器与调Q光纤激光器光学参数对比

03

应用场景

MOPA光纤激光器参数调节范围广，因此，除了可以覆盖常规的纳秒激光器的加工应用外，还可以利用其特有的窄脉宽、高重频、高峰值功率来实现一些独特的精密加工应用。比如：

阳极氧化铝表面处理

阳极氧化铝单板（图片来源：www.gzbahe.com）

3C产品外壳多采用轻薄的氧化铝材料。MOPA激光器采用窄脉宽、高重频的参数在阳极氧化铝材料表面作黑色标刻应用的成功，是其爆发式增长的一个里程碑。并且可以通过不同的参数组合标刻出不同灰度效果。类似的还有氧化铝薄板表面剥除应用。采用MOPA光纤激光器窄脉宽参数，可以达到高峰值功率去除阳极层的同时，降低热传递和热累积，使得材料不易变形，底纹也更加细腻亮白。