За апошняе дзесяцігоддзе, з пастаянным удасканаленнем крыніцы помпы і лазернай структуры, тэхналогія валаконнага лазера значна палепшылася. На аснове легаванага аптычнага валакна (YDF-лазер) шырока выкарыстоўваецца ў прамысловых, навуковых даследаваннях і г.д. з-за высокай эфектыўнасці электра-аптычнага пераўтварэння, лепшай якасці і стабільнасці прамяня.
Мал.1. Спектральная хуткасць паглынання розных металічных матэрыялаў
Сучасныя валаконныя одномодовые лазеры высокай магутнасці ўжо даўно могуць лёгка рэалізоўваць лічбавую выдачу аптычнай магутнасці ўзроўню КВт, што робіць такія лазеры ў галіне апрацоўкі металаў. Пры аднолькавых умовах магутнасці выхаду святла з-за рознай хуткасці паглынання валаконны лазер памерам 1 мікрон на аснове дарослага валакна значна паляпшаецца, калі CO2-лазер 10 мікрон больш эфектыўны, чым металічны матэрыял. На малюнку 1 паказаны спектральны паказчык паглынання розных металічных матэрыялаў, які відаць на малюнку, што большасць металічных матэрыялаў па характарыстыках паглынання спектру дэманструюць тэндэнцыю да памяншэння па меры павелічэння аптычнай даўжыні хвалі. Відавочна, што металічны матэрыял мацней, чым даўжыня хвалі на выхадзе каля 1070 нм у параўнанні з даўжынёй хвалі на выхадзе CO2-лазера пры CO2-лазеры на 10,6 мкм. У прыватнасці, хуткасць паглынання металічнага жалеза пры даўжыні хвалі 1070 нм амаль у 6 разоў ніжэй, чым пры даўжыні хвалі 10,6 мкм.
Мал. 2. Адноснае паглынанне алюмасілікатнага і фосфасілікатнага (YB) валакна ў спектры 800-1100 нм
Паколькі змешанае аптычнае валакно мае вельмі моцную характарыстыку паглынання з даўжынямі хвалі 976 нм і 915 нм, такія лазеры ў асноўным напампоўваюцца паўправадніковым лазерам (LD), які выпраменьвае вышэйзгаданую даўжыню хвалі. На малюнку 2 прадстаўлены два тыповых легіраваных аптычных валакна з адноснай хуткасцю паглынання ад 800 да 1100 нм спектраскапіі, і ёсць значная асаблівасць піка паглынання каля 915 нм і 976 нм. Хуткасць паглынання 976 нм светлавых хваль у алюмасілікатным дэмпінг-валакне амаль у тры разы перавышае светлавую хвалю 915 нм, а хуткасць паглынання першай у фасфасілікаце амаль у 5 разоў большая за апошнюю. Такі недахоп адрозніваецца, гэта азначае, што такія лазеры выкарыстоўваюць тэхналогію LD помпы 976 нм для дасягнення больш высокай эфектыўнасці святла-аптычнага пераўтварэння. У той жа час больш высокае паглынанне таксама азначае эфектыўнае памяншэнне даўжыні валакна, тым самым абмяжоўваючы шкодныя нелінейныя эфекты да пэўнай ступені.
Мал.3 Крывая страты фатоннага Dinoff (PD) розных крокаў энергіі іёнаў YB.
У цяперашні час валаконныя валаконныя лазеры, легаваныя рэдказямельнымі элементамі вялікага дзеяння, павінны сутыкнуцца з праблемамі фотадацыі. Гэтая праблема выклікае значнае зніжэнне выходнай магутнасці лазера, стабільнасці і працягласці працы. Фатонная цемра Аб гэтай з'яве таксама паведамляецца ў вялікай колькасці валаконных лазераў, легаваных іёнамі. Звычайна лічыцца, што гэта з'ява выклікана колеравым цэнтрам, які ўтвараецца ў шкляной матрыцы. Папярэднія даследаванні прапанавалі шмат магчымых спосабаў вырашэння гэтай фатоннай дакты, у тым ліку сумесна легіраванага фосфару ў валакне, з выкарыстаннем лазера 405 нм, фотаадбельвання, нават з выкарыстаннем высокай тэмпературы, адбываецца адпал фатоннага дэтэрмінавання фатона. . Сярод іх, хоць фосфар можна эфектыўна падавіць, страты фону і лікавая апертура павялічваюцца.
Папярэднія даследаванні каманды Koponen, на фатоне цямней паказалі, што хуткасць паступлення фатона ў значнай ступені залежыць ад канцэнтрацыі кляшчоў ўзбуджэння, які з'яўляецца рэверс энергетычнага стану іёна (YB Inversion Rate). Яны выявілі, што хуткасць паступлення фатонаў была прапарцыйна 7-кратнай хуткасці рэверсу іённай энергіі. Крывая страт фатонаў з цягам часу на малюнку 3 на малюнку 3 прыведзена на малюнку 3. Дадзеныя вельмі інтуітыўна зразумелыя, што хуткасць пацямнення фатонаў рэзка ўзрастае з павелічэннем рэверсу энергіі.
Малюнак 4, хуткасць зваротнай хуткасці іённай энергіі YB як крывая змены магутнасці помпы пры 976 Нм і 920 НМ Умова помпы (выкажам здагадку, што дадзеныя аб хуткасці развароту дастаткова гладкія, калі стандартная дысперсія менш за 1%)
На хуткасць змены энергетычнага стану ў легіраваным валакне ўплываюць маса валакна, магутнасць помпы, зваротная сувязь па святле і даўжыня хвалі светлавой хвалі помпы. Адпаведная даўжыня хвалі святла помпы можа быць у значнай ступені падаўлены ў значнай ступені. Зварот энергетычнага стану прыкладна вызначаецца як стаўленне фатоннага паглынання з аднолькавым перасекам выпраменьвання пры пэўнай даўжыні светлавой хвалі накачкі, а затым энергетычны стан легаванага валакна атрымліваецца пры двух умовах асвятлення накачкі 976 нм і 920 нм. Хуткасць развароту змяняецца ў залежнасці ад змены магутнасці помпы (мал. 4). Нягледзячы на тое, што спектр паглынання на ФІГ. 2 на першым ФІГ. 2 паказвае, што характарыстыкі паглынання святла з даўжынёй хвалі 976 нм значна мацнейшыя за іншыя даўжыні хвалі, але паколькі святло з даўжынёй хвалі з даўжынёй хвалі 976 нм з'яўляецца адносна вялікім, яго ў рэшце рэшт атрымліваюць святлом помпы, чым у 920 нм. Ніжэйшая энергія ў стане ніжэйшая. Нягледзячы на тое, што дадзеныя наўпрост не давалі змянення энергетычнага стану помпы 915 нм, усё ж можна было выказаць здагадку, што крыніца святла на 976 нм мае больш моцны антыаптычны патэнцыял субпрафілявання, чым першая.
Нягледзячы на тое, што метад помпы 976 нм мае больш высокую хуткасць паглынання і эфектыўнасць пераўтварэння святла, ён можа эфектыўна паменшыць даўжыню валакна ўзмацнення, а шкодны эфект фатоннага канача можна паменшыць, але яго адносна рэжыму помпы 915 нм на апрацоўку валакна і злучэнне . Тэхнічна больш складана. Больш за тое, спектр паглынання ўключанага валакна ў дыяпазоне 976 нм занадта вузкі. Змена даўжыні хвалі, выкліканае ваганнем тэмпературы крыніцы помпы, можа прывесці да нестабільнасці выхадной магутнасці лазера, і гэтая тэхналогія помпы мае вельмі строгія патрабаванні да сістэмы цеплавога кіравання лазера. З-за гэтага толькі некалькі вытворцаў лазераў, як Германская IPG, Злучаныя Штаты Coherent-Rofin, а таксама амерыканскі GW і іншыя вытворцы выкарыстоўваюць крыніца накачкі 976 нм у буйнамаштабных прамысловых лазерах.
Час публікацыі: 27 ліпеня 2021 г