In den letzten zehn Jahren hat sich die Faserlasertechnologie mit der kontinuierlichen Verbesserung der Pumpquelle und der Laserstruktur stark verbessert. Basierend auf der dotierten optischen Faser (YDF-Laser) wird aufgrund der hohen elektrisch-optischen Umwandlungseffizienz, der besseren Strahlqualität und der Stabilität in der industriellen, wissenschaftlichen Forschung usw. häufig verwendet.
Abb1. Spektrale Absorptionsrate verschiedener Metallmaterialien
Heutige Hochleistungs-Singlemode-Faserlaser lassen sich schon lange auf einfache Weise digitaler optischer Leistungsabgabe auf KW-Niveau realisieren, was solche Laser im Bereich der Metallbearbeitung ausmacht. Bei gleichen Lichtausgangsleistungsbedingungen wird der 1-Mikron-Faserlaser auf Basis der Erwachsenenfaser aufgrund der unterschiedlichen Absorptionsrate erheblich verbessert, wenn der CO2-Laser mit 10 Mikrometer effizienter ist als das Metallmaterial. 1 zeigt die spektrale Absorptionsrate verschiedener Metallmaterialien, die aus der Abbildung ersichtlich sind, dass die meisten Metallmaterialien in Bezug auf die Absorptionseigenschaften des Spektrums eine Tendenz aufweisen, mit zunehmender optischer Wellenlänge abzunehmen. Das Metallmaterial ist offensichtlich stärker als die Ausgangswellenlänge von etwa 1070 nm relativ zur Ausgangswellenlänge des CO2-Lasers bei einem CO2-Laser bei 10,6 um. Insbesondere ist die Absorptionsrate des Metalleisens bei einer Wellenlänge von 1070 nm fast 6-mal niedriger als bei den Wellenlängenbedingungen von 10,6 µm.
Abb. 2. Relative Absorption von Aluminosilikat- und Phosphorsilikat (YB)-Fasern im 800-1100-nm-Spektrum
Da die gemischte optische Faser eine sehr starke Absorptionscharakteristik von 976 nm und 915 nm Wellenlänge aufweist, werden solche Laser hauptsächlich von einem Halbleiterlaser (LD) gepumpt, der die obige Wellenlänge emittiert. 2 zeigt zwei typische dotierte optische Fasern für relative Absorptionsraten von 800 bis 1100 nm Spektroskopie, und es gibt einen signifikanten Merkmalsabsorptionspeak in der Nähe von 915 nm und 976 nm. Die Absorptionsrate von 976 nm Lichtwellen in der Aluminosilikat-Ablagerungsfaser beträgt fast das Dreifache der Lichtwelle von 915 nm, und die Absorptionsrate der ersteren in dem Phosphorsilikat beträgt fast das Fünffache der letzteren. Ein solcher Nachteil ist anders, was bedeutet, dass solche Laser die 976-nm-LD-Pumptechnologie verwenden, um eine höhere lichtoptische Umwandlungseffizienz zu erreichen. Gleichzeitig bedeutet eine höhere Absorption auch eine effektive Reduzierung der Faserlänge, wodurch schädliche nichtlineare Effekte bis zu einem gewissen Grad begrenzt werden.
Abb.3 Kurve des Photon-Dinoff-(PD)-Verlustes verschiedener YB-Ionen-Energiestufen.
Gegenwärtig müssen sich großwirkende, mit seltenen Erden dotierte Faserlaser photodatorischen Problemen stellen. Dieses Problem führt zu einer erheblichen Verringerung der Ausgangsleistung des Lasers, der Stabilität und der Lebensdauer. Photonendunkelheit Das Phänomen wird auch bei einer großen Anzahl von ionendotierten Faserlasern berichtet. Es wird allgemein angenommen, dass dieses Phänomen durch ein in der Glasmatrix erzeugtes Farbzentrum verursacht wird. Frühere Studien haben viele Möglichkeiten zur Lösung dieses Photon-Dakts vorgeschlagen, einschließlich co-dotiertem Phosphor in der Faser, unter Verwendung eines 405-nm-Lasers, Photobleichens, sogar unter Verwendung hoher Temperaturen, ein Ausheilen von Photonen-Dezimension von Photonen tritt auf. . Obwohl Phosphor effektiv unterdrückt werden kann, werden der Hintergrundverlust und die numerische Apertur erhöht.
Frühere Studien des Koponen-Teams zu Photon Darker zeigten, dass die Photonenaufnahmegeschwindigkeit stark von der Konzentration der Anregungsmilben abhängt, was der Energiezustandsumkehr des Ions (YB-Inversionsrate) entspricht. Sie fanden heraus, dass die Photonenaufnahmerate proportional zum 7-fachen der Ionenenergieumkehrrate war. Eine Kurve der Photonen-induzierten Verluste über die Zeit in Abb. 3 in Abb. 3 ist in Abb. 3 dargestellt. Die Daten sind sehr intuitiv, da die Photonen-Verdunkelungsrate mit zunehmender Energieumkehr stark ansteigt.
Abb. 4, YB-Ionenenergie-Umkehrrate als Änderungskurve der Pumpenleistung unter 976 Nm und 920 NM Pumpenzustand (Angenommen, die Umkehrratendaten sind ausreichend glatt, wenn die Standardabweichung weniger als 1% beträgt)
Die Energiezustandsumkehrrate in der dotierten Faser wird durch die Masse der Faser, die Pumpleistung, die Lichtrückkopplung und die Wellenlänge der Pumplichtwellenlänge beeinflusst. Geeignete Pumplichtwellenlängen können weitgehend unterdrückt werden. Die Energiezustandsumkehr ist grob definiert als Verhältnis der photonischen Absorption mit dem gleichen Emissionsquerschnitt bei einer bestimmten Pumplichtwellenlänge, und dann wird der Energiezustand der dotierten Faser unter zwei Pumplichtbedingungen von 976 nm und 920 nm erhalten. Die Umkehrrate variiert mit der Änderung der Pumpenleistung (Abb. 4). Obwohl das Absorptionsspektrum in Fig. 2 in der ersten Fig. 2 anzeigt, dass die Absorptionseigenschaften des Lichts mit einer Wellenlänge von 976 nm deutlich stärker sind als bei anderen Wellenlängen, aber da das Licht mit einer Wellenlänge von 976 nm relativ groß ist, wird es schließlich durch Pumplicht als in . erhalten 920 nm. Die niedrigere Energie in der Bedingung ist niedriger. Obwohl die Daten nicht direkt die Energiezustandsumkehr des 915-nm-Pumps ergaben, war es immer noch möglich, zu spekulieren, dass die 976-nm-Pumplichtquelle ein stärkeres anti-optisches Subprofiling-Potenzial als die erstere hat.
Obwohl das 976-nm-Pumpverfahren eine höhere Absorptionsrate und Lichtumwandlungseffizienz aufweist, kann es die Länge der Verstärkungsfaser effektiv reduzieren und der schädliche Photonen-Canache-Effekt kann reduziert werden, aber relativ zum 915-nm-Pumpmodus bei der Faserbehandlung und -kopplung . Technisch ist es schwieriger. Außerdem ist das Absorptionsspektrum der eingearbeiteten Faser im 976 nm-Bereich zu schmal. Die durch die Temperaturschwankung der Pumpquelle verursachte Wellenlängenänderung kann dazu führen, dass die Laserausgangsleistung instabil wird, und diese Pumptechnologie stellt sehr strenge Anforderungen an das Wärmemanagementsystem des Lasers. Aus diesem Grund verwenden nur wenige Laserhersteller wie Deutschlands IPG, die Vereinigten Staaten von Amerika Coherent-Rofin und das US-amerikanische GW und andere Hersteller eine 976-nm-Pumpquelle in großen Industrielasern.
Postzeit: 27. Juli 2021