خلال العقد الماضي ، مع التحسين المستمر لمصدر المضخة وهيكل الليزر ، تحسنت تقنية ألياف الليزر بشكل كبير. استنادًا إلى الألياف الضوئية المخدرة (YDF-Laser) ، يتم استخدامها على نطاق واسع في البحث الصناعي والعلمي ، وما إلى ذلك بسبب كفاءة التحويل الكهربية الضوئية العالية ، وجودة واستقرار الحزمة الأفضل.
رسم بياني 1. معدل الامتصاص الطيفي للمواد المعدنية المختلفة
لطالما تمكنت ليزرات الألياف أحادية الوضع عالية الطاقة الحالية من تنفيذ خرج الطاقة الضوئية الرقمي على مستوى KW بسهولة ، مما يجعل مثل هذه الليزر في مجال معالجة المعادن. في ظل نفس ظروف طاقة خرج الضوء ، نظرًا لمعدل الامتصاص المختلف ، يتم تحسين ليزر الألياف 1 ميكرون المعتمد على الألياف البالغة بشكل كبير عندما يكون ليزر ثاني أكسيد الكربون 10 ميكرون أكثر كفاءة من المواد المعدنية. يعطي الشكل 1 معدل الامتصاص الطيفي للمواد المعدنية المختلفة ، والذي يمكن رؤيته من الشكل الذي يوضح أن معظم المواد المعدنية في خصائص امتصاص الطيف تظهر ميلًا إلى الانخفاض مع زيادة الطول الموجي البصري. من الواضح أن المادة المعدنية أقوى من الطول الموجي الناتج الذي يبلغ حوالي 1070 نانومتر بالنسبة إلى الطول الموجي الناتج من ليزر ثاني أكسيد الكربون عند ليزر ثاني أكسيد الكربون عند 10.6 ميكرومتر. على وجه الخصوص ، فإن معدل امتصاص الحديد المعدني تحت الطول الموجي 1070 نانومتر هو ما يقرب من 6 مرات أقل من ظروف الطول الموجي 10.6 ميكرومتر.
الشكل 2. الامتصاص النسبي لألياف الألومينو سيليكات والفوسفوسيليكات (YB) على طيف 800-1100 نانومتر
نظرًا لأن الألياف الضوئية الممزوجة تتميز بخاصية امتصاص قوية جدًا تبلغ 976 نانومتر وطول موجي 915 نانومتر ، يتم ضخ مثل هذه الليزرات بشكل أساسي بواسطة ليزر أشباه الموصلات (LD) الذي ينبعث منه الطول الموجي أعلاه. الشكل 2 عبارة عن ألياف بصرية مخدرة نموذجية لمعدلات الامتصاص النسبية من 800 إلى 1100 نانومتر من التحليل الطيفي ، وهناك ميزة كبيرة ذروة امتصاص بالقرب من 915 نانومتر و 976 نانومتر. يبلغ معدل امتصاص موجات الضوء 976 نانومتر في ألياف إغراق الألمنيوم سيليكات ما يقرب من ثلاثة أضعاف الموجة الضوئية البالغة 915 نانومتر ، ومعدل امتصاص الأول في الفوسفوسيليكات يقارب 5 أضعاف الأخير. يختلف هذا العيب ، مما يعني أن مثل هذه الليزرات تعتمد تقنية مضخة 976 نانومتر LD لتحقيق كفاءة تحويل ضوئي ضوئي أعلى. في الوقت نفسه ، يعني الامتصاص العالي أيضًا تقليل طول الألياف بشكل فعال ، وبالتالي الحد من التأثيرات غير الخطية الضارة إلى حد معين.
الشكل 3 منحنى الفوتون دينوف (PD) فقدان خطوات طاقة أيون YB المختلفة.
في الوقت الحاضر ، تحتاج الليزرات الليفية الأرضية النادرة ذات المفعول الكبير إلى مواجهة مشاكل التمثيل الضوئي. تسبب هذه المشكلة انخفاضًا كبيرًا في طاقة خرج الليزر والاستقرار والحياة العملية. ظلام الفوتون تم الإبلاغ عن هذه الظاهرة أيضًا في عدد كبير من ليزرات الألياف المشبعة بالأيونات. من المعتقد عمومًا أن هذه الظاهرة ناتجة عن مركز اللون المنتج في المصفوفة الزجاجية. اقترحت الدراسات السابقة الكثير من الطرق الممكنة لحل صبغة الفوتون هذه ، بما في ذلك الفسفور المشبع في الألياف ، باستخدام ليزر 405 نانومتر ، التبييض الضوئي ، حتى باستخدام درجة حرارة عالية ، يحدث تلدين للفوتون decimensing للفوتون. . من بينها ، على الرغم من أنه يمكن قمع الفوسفور بشكل فعال ، إلا أن فقدان الخلفية والفتحة العددية تزداد.
أظهرت الدراسات السابقة لفريق كوبونين ، على فوتون أغمق أن سرعة امتصاص الفوتون تعتمد إلى حد كبير على تركيز سوس الإثارة ، وهو انعكاس حالة الطاقة للأيون (معدل انعكاس YB). ووجدوا أن معدلات امتصاص الفوتون كانت متناسبة مع 7 مرات في معدل انعكاس الطاقة الأيونية. يوضح الشكل 3 منحنى الفقد المحبب للفوتون بمرور الوقت في الشكل 3. البيانات بديهية جدًا أن معدل تعتيم الفوتون يزيد بشكل حاد مع زيادة انعكاس الطاقة.
الشكل 4 ، معدل عكس طاقة YB Ion كمنحنى تغيير طاقة المضخة تحت حالة المضخة 976 نانومتر و 920 نانومتر (افترض أن بيانات معدل الانعكاس سلسة بدرجة كافية عندما يكون التباين القياسي أقل من 1٪)
يتأثر معدل انعكاس حالة الطاقة في الألياف المخدرة بكتلة الألياف ، وقوة المضخة ، وردود الفعل الضوئية ، وطول موجة ضوء المضخة. يمكن قمع الطول الموجي المناسب لضوء المضخة إلى حد كبير. يتم تعريف انعكاس حالة الطاقة تقريبًا على أنه نسبة امتصاص ضوئي مع نفس المقطع العرضي للانبعاث عند طول موجي ضوئي معين للمضخة ، ثم يتم الحصول على حالة الطاقة للألياف المخدرة تحت ظروف ضوء المضخة من 976 نانومتر و 920 نانومتر. يختلف معدل الانعكاس مع تغير طاقة المضخة (الشكل 4). على الرغم من أن طيف الامتصاص في الشكل 2 في أول FiG 2 يشير إلى أن خصائص الامتصاص لضوء الطول الموجي 976 نانومتر أقوى بشكل ملحوظ من الأطوال الموجية الأخرى ، ولكن نظرًا لأن ضوء الطول الموجي 976 نانومتر كبير نسبيًا ، يتم الحصول عليه أخيرًا بواسطة ضوء المضخة منه في 920 نانومتر. الطاقة المنخفضة في الحالة أقل. على الرغم من أن البيانات لم تعطي بشكل مباشر انعكاس حالة الطاقة لمضخة 915 نانومتر ، إلا أنه كان لا يزال من الممكن التكهن بأن مصدر ضوء المضخة 976 نانومتر لديه إمكانات تنميط فرعية مضادة للضوئية أقوى من السابق.
على الرغم من أن طريقة المضخة 976 نانومتر لها معدل امتصاص أعلى وكفاءة تحويل الضوء ، إلا أنها يمكن أن تقلل بشكل فعال من طول الألياف المكتسبة ، ويمكن تقليل تأثير الفوتون الضار ، ولكن نسبته إلى وضع المضخة 915 نانومتر في معالجة الألياف والاقتران . التقنية أكثر صعوبة. علاوة على ذلك ، فإن طيف الامتصاص للألياف المدمجة في نطاق 976 نانومتر ضيق للغاية. يمكن أن يتسبب تغيير الطول الموجي الناجم عن تقلب درجة حرارة مصدر المضخة في عدم استقرار طاقة إخراج الليزر ، وهذه التكنولوجيا لها متطلبات صارمة للغاية لنظام الإدارة الحرارية لليزر. وبسبب هذا ، فإن عددًا قليلاً فقط من الشركات المصنعة لليزر مثل IPG الألماني ، و Coherent-Rofin في الولايات المتحدة ، و GW الأمريكية وغيرها من الشركات المصنعة تستخدم مصدر مضخة 976 نانومتر في الليزر الصناعي على نطاق واسع.
الوقت ما بعد: 27 يوليو - 2021