2006年，來(lái)自德國(guó)弗里德里希·席勒-耶拿大學(xué)（FSU）的Jens Limpert研究組制造了85 µm摻雜固體光纖的有源芯層和200 µm微結(jié)構(gòu)內(nèi)包層用以收集和指導(dǎo)抽運(yùn)光。這部分被“空氣包層”包圍，與大空氣孔間距極小，用以限制抽運(yùn)光。這種棒狀光纖的模場(chǎng)直徑為70 µm，外包層直徑為1.5 mm。

進(jìn)一步的發(fā)展使微結(jié)構(gòu)光纖有了新的設(shè)計(jì)，模場(chǎng)直徑達(dá)到約130 µm。這些光纖激光器內(nèi)包層中的孔間距很大——是激光波長(zhǎng)的10到30倍。大間距減小了制造公差，但在激光器工作過(guò)程中棒狀光纖必須保持非常直，以防止模場(chǎng)坍塌。然而，它們的最大輸出受到熱效應(yīng)的限制，熱效應(yīng)會(huì)隨著輸出功率的增加而改變光波導(dǎo)，從而減小模場(chǎng)直徑。

或許高功率光纖激光器最令人驚訝的成就是在軍事系統(tǒng)中，用來(lái)防御相對(duì)較近距離的武器，如火箭、火炮、迫擊炮、小艇和無(wú)人機(jī)。

當(dāng)美國(guó)國(guó)防部(DoD)將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向開(kāi)發(fā)電子激光器作為武器時(shí)，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院的一個(gè)小組對(duì)光纖激光器能否達(dá)到足夠高的功率和足夠好的光束質(zhì)量以滿足軍事需求表示懷疑。2009年諾斯羅普·格魯曼公司(Northrop Grumman)和2010年德事隆公司(Textron)推出的二極管抽運(yùn)平板激光器，是第一個(gè)展示了100 kW輸出關(guān)鍵目標(biāo)的固態(tài)激光器，持續(xù)時(shí)間整整5分鐘。光纖激光器在工業(yè)上有了很大的發(fā)展，但是它們?cè)趩我荒Ｊ较掠邢薜妮敵鰧?duì)激光武器來(lái)說(shuō)是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。

開(kāi)發(fā)人員設(shè)法將多根光纖激光器發(fā)出的光束組合起來(lái)，以產(chǎn)生高功率、高強(qiáng)度的光束，從而突破單模光纖激光器的限制。最簡(jiǎn)單的方法是非相干光合束，菲利普·斯伯蘭格爾(Phillip Sprangle)和美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室(U.S. Naval Research Laboratory)的同事們通過(guò)將4個(gè)光纖激光器的光束合束到3.2公里外的目標(biāo)上進(jìn)行了測(cè)試。他們總共向目標(biāo)發(fā)射了5 kW的激光，并得出結(jié)論，在這樣的距離下，“在多公里傳播范圍和中等到高水平的湍流中，相干和非相干合束激光對(duì)目標(biāo)的能量差別不大”。

美國(guó)海軍基于光纖的激光武器系統(tǒng)(LaWS)于2014年在波斯灣的“龐塞號(hào)”(USS Ponce)上進(jìn)行了測(cè)試

這促使美國(guó)海軍研究辦公室購(gòu)買了6臺(tái)5.5 kW的工業(yè)光纖激光器，并將它們的光束用不同的反射鏡通過(guò)單一的望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)同一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行非相干合束。這被稱為海軍LaWS的激光武器系統(tǒng)，安裝在部署于波斯灣的美國(guó)軍艦Ponce上。YouTube視頻顯示，激光摧毀了無(wú)人機(jī)，并引爆了漂浮在一艘小船上的炸藥，不過(guò)距離并不明確。這些測(cè)試總體上是令人鼓舞的，但也表明了熱暈效應(yīng)、空氣擾動(dòng)和激光光學(xué)加熱導(dǎo)致激光器難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)功率超過(guò)100 kW并傳輸超過(guò)5公里的距離。軍方想要更高的激光功率和更遠(yuǎn)的傳輸距離。
一項(xiàng)長(zhǎng)期以來(lái)被研究的備選方案是采用相干光束組合，它力圖將來(lái)自不同光纖激光器或放大器的光束進(jìn)行精密的相位匹配，從而使不同光束之間形成相長(zhǎng)干涉，以產(chǎn)生高功率和高光強(qiáng)。這類似于相控陣?yán)走_(dá)。
 然而，光波長(zhǎng)的相位匹配要困難得多，因?yàn)楣獠ㄩL(zhǎng)比無(wú)線電波的波長(zhǎng)要小幾千倍，而且必須有更高的匹配精度。但到目前為止，實(shí)驗(yàn)結(jié)果仍不理想，研究人員還在研究新的方法，例如將成對(duì)的偏振光束進(jìn)行相干合束，創(chuàng)造出新光束，新光束反過(guò)來(lái)又能與其他合束光組合，產(chǎn)生更高的功率。

迄今為止，制造武器級(jí)光纖激光器最成功的方法是頻譜組束——本質(zhì)上是密集波分復(fù)用的軍用加強(qiáng)版。使用許多單獨(dú)的單模光纖激光器產(chǎn)生一系列密集波長(zhǎng)的光束，并有效地多路復(fù)用在一起，形成由光纖傳輸?shù)拇蠊β使馐?。洛克希?middot;馬丁公司通過(guò)建造96個(gè)摻鐿的光纖激光器，每個(gè)激光器在鐿波段以不同波長(zhǎng)發(fā)射300 W的光，證明了這種方法的可行性。在2017年CLEO會(huì)議上，洛克希德公司的報(bào)告稱，頻譜組束產(chǎn)生了30 kW的激光束，合束效率超過(guò)95%。
激光束功率現(xiàn)在達(dá)到了百千瓦級(jí)。去年，洛克希德公司向位于亨茨維爾的陸軍空間和導(dǎo)彈防御系統(tǒng)司令部交付了一種60 kW的合束方案，其功率轉(zhuǎn)換效率為35%到40%。今年，洛克希德公司獲得了美國(guó)海軍的一份合同，將建造一對(duì)光譜合束光纖激光器，發(fā)射功率為60-150 kW，一種用于海上測(cè)試，另一種用于陸地測(cè)試。美國(guó)國(guó)防部導(dǎo)彈防御局表示，作為激光武器，光譜合束光纖激光器可以考慮在未來(lái)5到6年內(nèi)增大功率達(dá)到300 kW。

盡管在軍事上達(dá)到武器級(jí)輸出方面取得了成功，并成功通過(guò)雙聯(lián)泵傳輸10 kW級(jí)激光束，但衍射限制了單模光纖激光器的功率擴(kuò)展，停滯在幾千瓦范圍內(nèi)。通常的設(shè)計(jì)包括一個(gè)振蕩器階段，它為最終的放大階段提供種子輸入。隨著放大器末級(jí)功率密度的增加，非線性效應(yīng)開(kāi)始破壞單模工作的穩(wěn)定性。光束質(zhì)量隨著高階橫模的出現(xiàn)而降低，激光輸出變得不穩(wěn)定。

模態(tài)不穩(wěn)定性:在依賴于多個(gè)參數(shù)的閾值功率以上時(shí)，不穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致良好的單模光束退化為質(zhì)量較差、不穩(wěn)定的多模信號(hào)。 [T. Eidam et al., Opt. Express 19, 13218 (2011)]

耶拿席勒大學(xué)的Jens Limpert在2017年國(guó)際光纖通信會(huì)議上的一篇教程中說(shuō)，這種橫向模態(tài)不穩(wěn)定性是由于光纖功率密度超過(guò)閾值后產(chǎn)生的熱效應(yīng)引起的。在閾值以下，激光器產(chǎn)生穩(wěn)定的高質(zhì)量單模光束。從幾百瓦到一千瓦以上的功率開(kāi)始都會(huì)產(chǎn)生退化，導(dǎo)致光束質(zhì)量下降，因?yàn)椴环€(wěn)定的高階橫模出現(xiàn)，激光器轉(zhuǎn)向多模態(tài)工作。在閾值以上時(shí)，光束中心的輸出變得參差不齊。

脈沖光纖激光器和連續(xù)光纖激光器的功率閾值取決于多種因素，包括有源光纖的結(jié)構(gòu)、最后放大器階段使用的種子功率以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。橫模不穩(wěn)定性發(fā)生在毫秒級(jí)時(shí)間尺度上，導(dǎo)致基模功率從接近于零到超過(guò)90%的功率變化，其余的大部分功率轉(zhuǎn)移到LP11x和LP11y模式。

根據(jù)Limpert的說(shuō)法，模間的干涉有效地在光纖中寫入了折射率光柵，觸發(fā)了這種不穩(wěn)定性。他的團(tuán)隊(duì)今年發(fā)表在Optics Express的一篇論文顯示，通過(guò)計(jì)算出的方法調(diào)制抽運(yùn)激光器去除熱光柵的干擾，可以提高功率和光束的穩(wěn)定性，其功率可以達(dá)到正常閾值（開(kāi)始產(chǎn)生模態(tài)不穩(wěn)定的閾值）的兩倍。作者說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)該很容易與其他光纖激光系統(tǒng)相結(jié)合。

橫模不穩(wěn)定性的毫秒級(jí)時(shí)間尺度太長(zhǎng)，不會(huì)對(duì)光纖激光器中的超短脈沖產(chǎn)生影響。然而，光纖峰值激光功率長(zhǎng)期以來(lái)一直受到非線性效應(yīng)和光纖芯小直徑自聚焦的限制。增加模面積可以獲得更高的功率，但并不能消除限制。啁啾脈沖放大也可以減少非線性效應(yīng)的限制，但由于用于展寬和壓縮脈沖的光柵的最大尺寸，也有功率限制。根據(jù)Limpert小組的Arno Klenke及其同事們的研究，這些效應(yīng)將單個(gè)光纖放大器輸出器的飛秒激光峰值限制在10 GW以下。但他們分析，相干光束合束可以減少這一限制。
 一種方法是在并聯(lián)光纖放大器中從單一光源分離脈沖，并通過(guò)精確匹配脈沖傳播距離將它們的輸出進(jìn)行相干合束。在今年的Optics Letters 上，Klenke和他的同事們報(bào)道了將40ps脈沖在多核光纖中的16個(gè)平行放大核之間進(jìn)行放大，然后將它們的輸出進(jìn)行相干合束，合束效率達(dá)到80%，從而達(dá)到70 W的平均功率。

另一種方法是時(shí)域脈沖組合，它將通過(guò)單獨(dú)通道發(fā)送的脈沖延遲，使一系列脈沖疊加在一起，從而提高峰值功率。這也需要相干光束合束，但工作方式不同。

高功率”本質(zhì)上是一個(gè)相對(duì)的術(shù)語(yǔ)。光纖激光器可以在一個(gè)單一頻率集中產(chǎn)生高功率，使單位波長(zhǎng)的功率很高，將輸出激光發(fā)展為極有價(jià)值的應(yīng)用，如變頻、遙感和顯微鏡。因此，高功率光纖激光器并不局限于切割金屬或打擊軍事目標(biāo)，而是開(kāi)啟了廣泛的可能性。
總體而言，自1995年以來(lái)，光纖激光器的輸出功率猛增了10萬(wàn)倍，因此不能對(duì)目前發(fā)展的變緩過(guò)多抱怨。這些進(jìn)展源于控制光能的流動(dòng)，并將其限制在小體積內(nèi)，使光與材料的相互作用盡可能有效。在進(jìn)入光纖激光器的抽運(yùn)光中，一半以上的光可以在激光束中以高定向光的形式出現(xiàn)。這已經(jīng)是令人矚目的成就了，今后將有更多的成就發(fā)生。