Během posledního desetiletí, s neustálým zlepšováním zdroje čerpadla a laserové struktury, se technologie vláknového laseru výrazně zlepšila. Na základě dopovaného optického vlákna (YDF-Laser) se široce používá v průmyslu, vědeckém výzkumu atd. kvůli vysoké účinnosti elektro-optické konverze, lepší kvalitě a stabilitě paprsku.
Obr. 1. Spektrální rychlost absorpce různých kovových materiálů
Dnešní vysoce výkonné jednovidové vláknové lasery jsou již dlouho schopny snadno implementovat digitální optický výkon na úrovni KW, což činí takové lasery v oblasti zpracování kovů. Za stejných podmínek světelného výstupního výkonu, v důsledku různé míry absorpce, je 1mikronový vláknový laser založený na vláknu pro dospělé výrazně vylepšen, když CO2 laser 10mikronů je účinnější než kovový materiál. Obr. 1 uvádí spektrální rychlost absorpce různých kovových materiálů, což lze vidět z obrázku, že většina kovového materiálu na absorpčních charakteristikách spektra vykazuje tendenci klesat, jak se optická vlnová délka zvyšuje. Kovový materiál je zjevně silnější než výstupní vlnová délka asi 1070 nm vzhledem k výstupní vlnové délce CO2 laseru u CO2 laseru při 10,6 um. Zejména rychlost absorpce kovového železa při vlnové délce 1070 nm je téměř 6krát nižší než při vlnové délce 10,6 um.
Obr 2. Relativní absorpce hlinitokřemičitanového a fosfosilikátového (YB) vlákna na spektru 800-1100 nm Obr.
Protože smíšené optické vlákno má velmi silnou absorpční charakteristiku vlnové délky 976 nm a 915 nm, jsou takové lasery čerpány hlavně polovodičovým laserem (LD), který vyzařuje výše uvedenou vlnovou délku. Obr. 2 jsou dvě typická dopovaná optická vlákna s relativními rychlostmi absorpce 800 až 1100 nm spektroskopie a je zde významný absorpční pík poblíž 915 nm a 976 nm. Rychlost absorpce 976nm světelných vln v hlinitokřemičitanovém vláknu je téměř trojnásobkem světelné vlny 915 nm a rychlost absorpce první ve fosfosilikátu je téměř 5krát vyšší než druhá. Tato nevýhoda je odlišná, což znamená, že takové lasery využívají technologii 976nm LD pumpy pro dosažení vyšší účinnosti přeměny světla na optiku. Vyšší absorpce zároveň znamená také účinné snížení délky vlákna, čímž se do určité míry omezí škodlivé nelineární efekty.
Obr. 3 Křivka ztráty fotonu Dinoff (PD) při různých krocích YB iontové energie.
V současnosti musí vláknové lasery dopované vzácnými zeminami s velkým účinkem čelit fotodatačním problémům. Tento problém způsobuje výrazné snížení výstupního výkonu laseru, stability a životnosti. Fotonová tma Tento jev je také hlášen u velkého počtu iontově dopovaných vláknových laserů. Obecně se má za to, že tento jev je způsoben barevným středem vytvořeným ve skleněné matrici. Předchozí studie navrhovaly mnoho možných způsobů řešení tohoto fotonového daktu, včetně kodopovaného fosforu ve vláknu, pomocí 405 nm laseru, fotobělení, dokonce i za použití vysoké teploty, dochází k žíhání fotonu a decimenzování fotonu. . Mezi nimi, i když lze účinně potlačit fosfor, je zvýšená ztráta pozadí a numerická apertura.
Předchozí studie Koponenova týmu na fotonově tmavší ukázaly, že rychlost příjmu fotonu závisí do značné míry na koncentraci excitačních roztočů, což je změna energetického stavu iontu (YB Inversion Rate). Zjistili, že rychlost příjmu fotonů byla úměrná 7násobku rychlosti zvratu iontové energie. Křivka ztrát způsobených fotony v průběhu času na obr. 3 na obr. 3 je uvedena na obr. 3. Údaje jsou velmi intuitivní, že rychlost ztmavnutí fotonů se prudce zvyšuje s nárůstem reverze energie.
Obr. 4, Reverzní rychlost iontové energie YB jako křivka změny výkonu čerpadla pod 976 Nm a 920 NM Stav čerpadla (Předpokládejme, že údaje o rychlosti reverzace jsou dostatečně hladké, když je standardní odchylka menší než 1 %)
Rychlost změny energetického stavu v dopovaném vláknu je ovlivněna hmotností vlákna, výkonem čerpadla, světelnou zpětnou vazbou a vlnovou délkou vlnové délky světla čerpadla. Vhodná vlnová délka světla pumpy může být do značné míry potlačena. Převrácení energetického stavu je zhruba definováno jako poměr fotonické absorpce se stejným emisním průřezem při určité vlnové délce světla pumpy a poté se energetický stav dopovaného vlákna získá za dvou podmínek osvětlení pumpy 976 nm a 920 nm. Rychlost zpětného chodu se mění se změnou výkonu čerpadla (obr. 4). Ačkoli absorpční spektrum na OBR. 2 na prvním Obrázku 2 ukazuje, že absorpční charakteristiky světla o vlnové délce 976 nm jsou výrazně silnější než u jiných vlnových délek, ale protože světlo o vlnové délce 976 nm je relativně velké, je nakonec získáno čerpacím světlem než v 920 nm. Nižší energie ve stavu je nižší. Ačkoli data přímo neposkytla změnu energetického stavu 915nm pumpy, stále bylo možné spekulovat, že 976nm pumpový světelný zdroj má silnější antioptický subprofilační potenciál než první.
Ačkoli metoda 976nm pumpy má vyšší rychlost absorpce a účinnost přeměny světla, může účinně zkrátit délku ziskového vlákna a škodlivý účinek fotonového canache lze snížit, ale je ve srovnání s režimem pumpy 915 nm na zpracování vláken a spojení . Technicky je to složitější. Navíc je absorpční spektrum zabudovaného vlákna v rozsahu 976 nm příliš úzké. Změna vlnové délky způsobená kolísáním teploty zdroje pumpy může způsobit nestabilitu výstupního výkonu laseru a tato technologie pumpy má velmi přísné požadavky na systém tepelného managementu laseru. Z tohoto důvodu je jen několik výrobců laserů jako německý IPG, Spojené státy Coherent-Rofin a americký GW a další výrobci používají 976 nm čerpací zdroj ve velkých průmyslových laserech.
Čas odeslání: 27. července 2021