激光器是所有激光设备的“心脏”，它的发展直接带动了激光打标、激光焊接、激光切割、激光除锈等多个行业的兴起。今天我们就来拆解激光除锈领域的关键部件 —— 脉冲型光纤激光 MOPA 激光器。

目前主流的激光除锈机分两类：连续型光纤激光（简称“连续激光”）和脉冲型光纤激光（简称 “脉冲激光”）。其中脉冲激光又分调 Q 激光和 MOPA 激光，而 MOPA 激光器在激光除锈中用得最多，堪称这一领域的 “核心主力”。对它研究得越深入，越能推动激光除锈技术的升级。

MOPA 光纤激光器主要有三种结构类型：单谐振腔、光束组合、主振荡功率放大器（简称 “MOPA 结构”）。其中 MOPA 结构特别适合除锈 —— 它能灵活调整脉冲宽度（简称 “脉宽”）和重复频率（简称 “频率”），输出高性能脉冲激光，因此成了激光除锈领域的 “主角”。

一、MOPA 激光器的组成与工作原理

MOPA 激光器主要由电路系统和光路系统两部分构成，工作过程可拆解为 “种子光生成→能量放大→最终输出” 三步：

1. 生成“原始激光雏形”（种子光）

主振荡器（MO）是一个高性能的 “种子源半导体激光器”，它会通过脉冲调制生成参数可调的 “种子信号光”（相当于激光的 “原始雏形”）。这里的核心控制是 “现场可编程门阵列（FPGA）”—— 相当于激光器的 “大脑”，它会输出参数可调的脉冲电流信号，通过驱动电路控制种子源，完成种子光的初始调整。

2.补充能量（生成泵浦光）

泵浦源驱动电路收到FPGA 的指令后，会启动泵浦源，产生 “泵浦光”（相当于给激光 “补充能量” 的光）。

3.放大并输出激光

种子光和泵浦光会通过“合束器” 合并，一起注入二级光放大模块里的 “掺镱双包层光纤（YDDCF）”。这个过程中，光纤里的镱离子（Yb³⁺）会吸收泵浦光的能量，变成 “高能量状态”（专业上叫 “粒子数反转分布”）；接着通过 “行波放大” 和 “受激辐射” 的物理原理，种子光会在二级光放大模块里 “吸收能量”，实现高功率增强，最终输出高功率的纳秒级脉冲激光。

不过要注意：峰值功率提升后，放大的脉冲信号可能会因为“增益钳制效应”（一种限制能量过度集中的物理现象），导致脉宽变窄。所以实际应用中，常常用 “多级放大结构” 进一步提升输出功率和增益效率。

二、MOPA 激光器的电路系统

MOPA 激光器的电路系统（如图 1 所示），核心部件包括 FPGA 主控板、泵浦源、种子源、驱动电路板和放大器，具体工作流程如下：

FPGA 主控板会生成 “波形、脉宽（5~200 纳秒）、重复频率（30~900 千赫兹）” 都能调的脉冲电信号，驱动种子源输出参数可调的毫瓦级（mW 级，功率较小）原始种子光脉冲。

这个原始种子光脉冲会经过“隔离器”（防止光反向干扰的部件），输入到由 “预放大器 + 主放大器” 组成的二级光放大模块；最后通过带 “准直功能”（让激光束更集中）的光隔离器，输出高能量的短脉冲激光。

实际应用中，种子光的放大效果很好—— 放大后的光谱里，没有明显的 ASE（放大自发辐射）、SRS（受激拉曼散射）等 “非线性效应”（会干扰激光质量的现象）。另外，通过优化有源光纤的弯曲半径、形状和光路结构，激光的光束质量和 “抗高反能力”（抵抗材料反射光干扰的能力）都明显提升，完全能满足工业材料激光加工的需求。