提高效率和降低成本是光伏太阳能行业的两个永恒主题，激光技术因其快速、精确、零接触以及良好的热效应等优势，在太阳能硅电池的切割、划线及表面加工、钻孔、激光晶化等方面取得了重要应用。目前国内外多家激光制造厂商和研究机构都在积极发展各种新型激光技术及其在太阳能电池领域的新应用。基于包层抽运技术的高功率双包层光纤激光器以其光束质量好、效率高、结构紧凑等优点，在太阳能电池制造领域将发挥越来越重要的作用。

1.脉冲光纤激光器

对于连续工作的光纤激光器，掺镱光纤本身就是工作物质，一般采用结构简单的F-P腔结构，这样无需在腔内放置其他光学元件就可以获得高功率的激光输出。但如果从激光与物质相互作用这一应用目标考虑时，连续波光纤激光所能提供的功率密度较低，热量沉积明显，窄脉宽、高峰值功率的脉冲光纤激光器应用面更广。

重复频率为几十到数百千赫兹、脉宽为十几到几十纳秒、平均功率为数十瓦的脉冲激光在薄膜太阳能电池制造领域具有广泛应用背景。考虑到光纤激光本身的技术特点，以高性能小功率激光器为种子光源，以双包层光纤为功率放大器的种子光－振荡放大（MOPA）技术，是实现这一技术指标的理想方案。MOPA式脉冲光纤激光器的结构如图1所示。

 

对于平均功率为数十瓦的MOPA式脉冲光纤激光器来说，种子光源一般采用以下3种方式：

1）脉冲调制单模LD光纤级联放大的种子光源技术。在这种技术中，通过对单模激光波长在1060nm左右LD的脉冲调制，实现脉冲激光输出，然后通过三级光纤放大（一般前两级为单模光纤放大、后一级为双包层光纤放大），实现满足后续功率放大要求的种子激光输出。对于脉冲调制的单模LD，其脉冲特性可通过驱动电路进行方便设置和调节，重复频率可从千赫兹到兆赫兹，脉冲宽度最小可为数纳秒。

2）基于固体激光调Q的种子光源技术，也即小型化调Q的半导体抽运固体激光器（DPSSL），可用光纤输出的808nm单管LD抽运#p#分页标题#e#Nd:YVO4或Nd:YVO4，通过声光调Q技术，实现脉冲激光输出。在这种方式中，也可实现脉冲宽度小于20ns、重复频率为数十千赫兹的脉冲输出，但由于非光纤化器件使用不便。为了便于后续的光纤化功率放大，需对其输出进行单模光纤耦

3）基于光纤激光调Q的种子光源技术，同固体激光调Q类似，通过在光纤激光器腔内插入调Q元件，实现脉冲激光输出。在这种技术中，为了实现整个种子光源的全光纤化，需采用尾纤化的声光开关作为调Q器件，并以光纤光栅作为谐振腔镜。在这项技术中，由于光纤激光的腔较长，一般获得的激光脉冲宽度大于百纳秒，通过采用高增益的有源光纤及腔倒空调Q等技术，在数十千赫兹时，也可实现小于40ns的稳定脉冲激光输出。

在设计选用合适种子光源的基础上，采用抽运合束器实现抽运光到放大光纤内包层、信号光到放大光纤掺杂纤芯的高效率耦合，并应注意在高抽运功率时对耦合器的冷却温控。

掺镱双包层光纤的选择应充分考虑到ASE抑制和非线性效应等问题，为防止高功率抽运时自脉冲对光纤本身和对抽运合束器的损坏，光纤长度不宜过长。对于切割、划线及表面加工、晶圆钻孔等应用，加工表面的反射光对脉冲光纤放大器将会造成致命的损伤，通过在输出端加置一光隔离器，可有效解决“返回光”对脉冲激光器的影响。

在高重复频率脉冲光纤激光器研究方面，我们对上述3种方式的种子光源及其高功率放大特性进行了实验研究。以脉冲调制单模LD光纤级联放大模块为种子光源，设计和采用高增益双包层光纤，实现了101W平均功率的全光纤化脉冲光纤激光器，重复频率大于50kHz，脉冲宽度小于15ns。

与目前常用的工业用激光器相比，脉冲光纤激光器具有一系列的优

1）输出峰值功率可高达数百千瓦，波长1.070μm附近，对大部分材料吸收效率较高。

2）体积小，重量轻，便于移动。光束质量好，接近衍射极限，聚焦光斑直径较小(10~100μm)，能够实现非常精确的切割，从而能够免去一些后期处理步骤。通过光纤输出，易于与机械手配合，实现激光远距离加工。#p#分页标题#e#

3)总体光电转换效率高达25％～30％，可以长时间稳定工作，维护方便，运行成本低。

4)输出脉冲参数可精确调节。采用MOPA放大的光纤激光器，可通过调节种子光控制激光器输出参数。从而可根据材料的特点，选择不同的波形、脉冲频率等参数，对材料进行精细加工，从而得到最佳加工效果。