激光器功率衰减是普遍存在的现象，其本质是激光器将电能（或其他能量）转换为特定波长激光光的效率降低了。功率衰减的原因可以分为两大类：不可避免的固有衰减和可以预防或减缓的异常衰减。
一、 固有衰减（寿命终结）
这是激光器材料本身在长期工作下的自然老化过程，就像灯泡用久了会变暗一样。
1. 有源区退化（针对半导体激光器/LD）
· 缺陷生长：激光器芯片的有源区在长期通电和高温下，晶体内部会逐渐产生“暗线缺陷”、“暗点缺陷”等微观缺陷。这些缺陷会成为非辐射复合中心，即电子和空穴在这里复合时不以光的形式释放能量，而是以热能形式释放。这直接降低了电光转换效率。
· 腔面退化：激光器的两个端面（解理面）是激光谐振腔的关键部分。端面的光学功率密度极高，长期工作可能导致材料发生轻微熔融、氧化或产生缺陷，这会增加腔面损耗，降低输出功率。
2. 光纤退化（针对光纤激光器）
· 色心形成：掺杂在光纤纤芯中的稀土离子（如镱Yb、铒Er等）以及光纤基质本身，在长期受到自身激光和泵浦激光的高强度光子轰击下，化学键可能断裂，形成所谓的“色心”。这些色心会吸收特定波长的光，将光能转化为热能，造成传输和转换损耗。
· 光纤暗化：这是色心形成等效应导致的宏观表现，即光纤的损耗随着工作时间增加而逐渐增大，特别是在高功率环境下更为显著。
二、 异常衰减（可预防或减缓）
这部分是使用不当或外部因素导致的，是工程师们主要关注和避免的问题。
1. 热效应（最关键的因素）
· 原理：激光器工作时会产生大量废热。如果散热系统（如TEC半导体制冷器、水冷系统）性能下降、老化或设计不合理，会导致激光器芯片/晶体/光纤的温度升高。
· 后果：
· 阈值电流升高：对于半导体激光器，温度越高，产生激光所需的阈值电流就越大。
· 斜率效率降低：单位电流产生的光功率变少。
· 加速老化：高温会极大地加速上面提到的固有衰减过程，是激光器寿命的“头号杀手”。经验法则是，结温每升高10°C，寿命大约减少一半。
2. 光学元件污染
· 来源：灰尘、烟尘、油污等污染物会附着在激光器的出光窗口、光纤端面、内部透镜、反射镜等光学表面上。
· 后果：
· 散射和吸收：污染物会散射或吸收激光，直接造成功率损失。
· 局部过热：污染物吸收激光能量后发热，可能使光学元件（尤其是镀膜层）因热应力而损坏，甚至炸裂。
· 对于光纤激光器：光纤接头/端面的污染是导致功率下降和反向反射损坏的最常见原因之一。
3. 机械应力与损伤
· 光纤弯曲/微弯：对光纤激光器而言，光纤被过度弯曲或受到挤压会产生微弯损耗，导致光从纤芯泄漏出去。
· 振动与冲击：强烈的振动可能导致激光器内部光学元件偏离准直位置，破坏谐振腔，使输出功率和光束质量下降。
4. 工作条件不当
· 驱动电流超过额定值：长期在超负荷状态下工作，会急剧加速激光器芯片的老化。
· 反向反射：从加工工件或其他光学元件反射回来的激光，重新耦合进激光器内部，会干扰谐振腔的正常工作，引起功率和频率不稳定，严重时可直接损坏激光器芯片端面。
5. 水冷系统问题（针对高功率激光器）
· 水温不当：冷却水温度不稳定或未达到设定值，影响散热效果。
· 水质差：冷却水中的杂质或矿物质可能导致冷却管道结垢、堵塞或腐蚀，降低冷却效率。
· 流量不足：水泵故障或管道堵塞导致冷却液流量不足，无法及时带走热量。
总结与预防措施
为了最大限度地延缓激光器功率衰减，延长其使用寿命，应做到：
1. 保证良好散热：确保散热系统工作正常，保持激光器工作在厂家推荐的温度范围内。定期清洁散热片和过滤器。
2. 保持光学清洁：在无尘环境中操作，定期（使用正确方法）清洁光学元件，尤其是激光输出头和光纤接头。
3. 规范操作：严格按照手册要求设置驱动电流和功率，避免过载运行。在光路中合理使用隔离器，防止反向反射。
4. 避免机械损伤：小心操作，避免对激光器，尤其是光纤部分，造成挤压、弯折或振动。
5. 定期维护：定期检查水冷系统的水温、水质和流量，定期更换冷却水和过滤器。
总而言之，激光器功率衰减是一个多因素共同作用的结果。热管理是核心，清洁是基础，规范操作是保障。 通过科学的维护和使用，可以有效地将衰减控制在最小程度，确保激光设备的长期稳定运行。
