Tokom protekle decenije, uz kontinuirano poboljšanje izvora pumpe i laserske strukture, tehnologija fiber lasera je značajno poboljšana. Zasnovan na dopiranom optičkom vlaknu (YDF-Laser) ima široku primenu u industrijskim, naučnim istraživanjima itd. zbog visoke efikasnosti elektro-optičke konverzije, boljeg kvaliteta i stabilnosti snopa.
Fig1. Spektralna stopa apsorpcije različitih metalnih materijala
Današnji monomodni laseri sa vlaknima velike snage već dugo mogu lako implementirati digitalnu optičku snagu na KW nivou, što takve lasere čini u području obrade metala. Pod istim uslovima izlazne snage svetlosti, zbog različite stope apsorpcije, laser sa vlaknima od 1 mikrona zasnovan na vlaknima za odrasle je značajno poboljšan kada je CO2 laser od 10 mikrona efikasniji od metalnog materijala. Slika 1 daje spektralnu stopu apsorpcije različitih metalnih materijala, što se može vidjeti sa slike da većina metalnog materijala na apsorpcionim karakteristikama spektra pokazuje tendenciju smanjenja kako raste optička talasna dužina. Metalni materijal je očigledno jači od izlazne talasne dužine od oko 1070 nm u odnosu na izlaznu talasnu dužinu CO2 lasera na CO2 laseru na 10,6um. Konkretno, stopa apsorpcije metalnog gvožđa ispod talasne dužine od 1070 nm je skoro 6 puta niža od uslova talasne dužine od 10,6 um.
Slika 2. Relativna apsorpcija aluminosilikatnog i fosfosilikatnog (YB) vlakna na 800-1100 nm spektru
Budući da miješano optičko vlakno ima vrlo jaku apsorpcionu karakteristiku od 976 nm i 915 nm talasne dužine, takvi laseri se uglavnom pumpaju pomoću poluprovodničkog lasera (LD) koji emituje gornju talasnu dužinu. Slika 2 je dva tipična dopirana optička vlakna za relativne stope apsorpcije od 800 do 1100 nm spektroskopije, a postoji značajna karakteristika apsorpcionog vrha blizu 915 nm i 976 nm. Brzina apsorpcije svjetlosnih valova od 976 nm u vlaknima za bacanje aluminosilikata je skoro tri puta veća od svjetlosnog vala od 915 nm, a stopa apsorpcije prvog u fosfosilikatu je skoro 5 puta veća od drugog. Takav nedostatak je drugačiji, što znači da takvi laseri usvajaju tehnologiju LD pumpe od 976 nm za postizanje veće efikasnosti svjetlo-optičke konverzije. Istovremeno, veća apsorpcija znači i efektivno smanjenje dužine vlakna, čime se do određene mjere ograničavaju štetni nelinearni efekti.
Slika 3. Kriva gubitka fotona Dinoffa (PD) različitih koraka YB jonske energije.
U ovom trenutku, laseri sa vlaknima dopiranih rijetkom zemljom velikog djelovanja moraju se suočiti s problemima fotodacije. Ovaj problem uzrokuje značajno smanjenje izlazne snage lasera, stabilnosti i radnog vijeka. Fotonska tama. Ovaj fenomen je takođe prijavljen u velikom broju lasera sa vlaknima sa ionima. Općenito se smatra da je ovaj fenomen uzrokovan centrom boje koji nastaje u staklenoj matrici. Prethodne studije su predložile mnogo mogućih načina za rješavanje ovog fotonskog dakta, uključujući ko-dopirani fosfor u vlaknu, korištenjem 405 nm lasera, fotoizbjeljivanje, čak i korištenjem visoke temperature, dolazi do žarenja fotonskog decimenziranja fotona. . Među njima, iako se fosfor može efikasno potisnuti, gubitak pozadine i numerički otvor su povećani.
Prethodne studije Koponen tima, na tamnijem fotonu su pokazale da brzina unosa fotona u velikoj mjeri ovisi o koncentraciji pobuđenih grinja, što je preokret energetskog stanja jona (YB Inversion Rate). Otkrili su da su stope unosa fotona proporcionalne 7 puta stopi preokreta jonske energije. Kriva fotona intiminiranih gubitaka tokom vremena na Slici 3 na Slici 3 data je na Slici 3. Podaci su vrlo intuitivni da se stopa zamračenja fotona naglo povećava sa povećanjem preokreta energije.
Slika 4, Obrnuta brzina YB jonske energije kao krivulja promjene snage pumpe ispod 976 Nm i 920 NM stanja pumpe (Pretpostavite da su podaci o stopi preokreta dovoljno glatki kada je standardna varijansa manja od 1%)
Na brzinu preokreta energetskog stanja u dopiranom vlaknu utiču masa vlakna, snaga pumpe, povratna sprega svjetlosti i valna dužina valne dužine svjetlosti pumpe. Odgovarajuća talasna dužina svjetlosti pumpe može se u velikoj mjeri potisnuti u velikoj mjeri. Preokret energetskog stanja je grubo definiran kao omjer fotonske apsorpcije sa istim poprečnim presjekom emisije na određenoj talasnoj dužini svjetlosti pumpe, a zatim se energetsko stanje dopiranog vlakna dobiva pod dvije svjetlosne uvjete pumpe od 976 nm i 920 nm. Brzina preokreta varira s promjenom snage pumpe (slika 4). Iako spektar apsorpcije na SLICI 2 na prvoj Slici 2 ukazuje da su karakteristike apsorpcije svjetlosti valne dužine 976 nm znatno jače od drugih valnih dužina, ali budući da je svjetlost talasne dužine 976 nm relativno velika, konačno se dobija svjetlom pumpe nego u 920 nm. Niža energija u stanju je niža. Iako podaci nisu direktno dali preokret energetskog stanja pumpe od 915 nm, još uvijek je bilo moguće spekulirati da izvor svjetlosti pumpe od 976 nm ima jači anti-optički potencijal sub-profiliranja od prethodnog.
Iako metoda pumpe od 976 nm ima veću stopu apsorpcije i efikasnost konverzije svjetlosti, ona može učinkovito smanjiti dužinu pojačanog vlakna, a štetni efekat fotonskog kanaša može se smanjiti, ali je u odnosu na 915 nm način rada pumpe na tretman vlakana i spajanje. . Tehničko je teže. Štaviše, spektar apsorpcije ugrađenog vlakna u opsegu od 976 nm je preuzak. Promjena talasne dužine uzrokovana fluktuacijom temperature izvora pumpe može uzrokovati nestabilnu izlaznu snagu lasera, a ova tehnologija pumpe ima vrlo stroge zahtjeve za sistem upravljanja toplinom lasera. Zbog toga je samo nekoliko proizvođača lasera poput njemačkog IPG-a, Sjedinjenih Država Coherent-Rofin, a američki GW i drugi proizvođači koriste izvor pumpe od 976 nm u velikim industrijskim laserima.
Vrijeme objave: Jul-27-2021