Κατά την τελευταία δεκαετία, με τη συνεχή βελτίωση της πηγής αντλίας και της δομής του λέιζερ, η τεχνολογία λέιζερ ινών έχει βελτιωθεί σημαντικά. Με βάση την ντοπαρισμένη οπτική ίνα (YDF-Laser) χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανική, επιστημονική έρευνα κ.λπ. λόγω της υψηλής απόδοσης ηλεκτρικής-οπτικής μετατροπής, της καλύτερης ποιότητας δέσμης και της σταθερότητας.
Εικ1. Ρυθμός φασματικής απορρόφησης διαφορετικών μεταλλικών υλικών
Τα σημερινά λέιζερ ινών μονής λειτουργίας υψηλής ισχύος έχουν από καιρό τη δυνατότητα να εφαρμόζουν εύκολα ψηφιακή έξοδο οπτικής ισχύος σε επίπεδο KW, κάτι που κάνει τέτοια λέιζερ στον τομέα της επεξεργασίας μετάλλων. Κάτω από τις ίδιες συνθήκες ισχύος εξόδου φωτός, λόγω του διαφορετικού ρυθμού απορρόφησης, το λέιζερ ινών 1 micron που βασίζεται στην ίνα ενηλίκων βελτιώνεται σημαντικά όταν το λέιζερ CO2 των 10 microns είναι πιο αποτελεσματικό από το μεταλλικό υλικό. Το Σχήμα 1 δίνει τον φασματικό ρυθμό απορρόφησης διαφορετικών μεταλλικών υλικών, ο οποίος μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι το μεγαλύτερο μέρος του μεταλλικού υλικού στα χαρακτηριστικά απορρόφησης του φάσματος εμφανίζει μια τάση να μειώνεται καθώς αυξάνεται το οπτικό μήκος κύματος. Το μεταλλικό υλικό είναι προφανώς ισχυρότερο από το μήκος κύματος εξόδου των περίπου 1070 nm σε σχέση με το μήκος κύματος εξόδου του λέιζερ CO2 σε ένα λέιζερ CO2 στα 10,6 μm. Συγκεκριμένα, ο ρυθμός απορρόφησης του μεταλλικού σιδήρου κάτω από μήκος κύματος 1070 nm είναι σχεδόν 6 φορές χαμηλότερος από τις συνθήκες μήκους κύματος 10,6um.
Σχήμα 2. Σχετική απορρόφηση αργιλοπυριτικών και φωσφοπυριτικών (YB) ινών σε φάσμα 800-1100 nm
Επειδή η αναμεμειγμένη οπτική ίνα έχει ένα πολύ ισχυρό χαρακτηριστικό απορρόφησης μήκους κύματος 976 nm και 915 nm, τέτοια λέιζερ αντλούνται κυρίως από ένα λέιζερ ημιαγωγών (LD) που εκπέμπει το παραπάνω μήκος κύματος. Το Σχήμα 2 είναι δύο τυπικές ντοπαρισμένες οπτικές ίνες σε σχετικούς ρυθμούς απορρόφησης φασματοσκοπίας 800 έως 1100 nm, και υπάρχει μια σημαντική κορυφή απορρόφησης χαρακτηριστικών κοντά στα 915 nm και 976 nm. Ο ρυθμός απορρόφησης των κυμάτων φωτός 976 nm στην ίνα απόρριψης αργιλοπυριτικού είναι σχεδόν τριπλάσιος του κύματος φωτός των 915 nm και ο ρυθμός απορρόφησης του πρώτου στο φωσφοπυριτικό είναι σχεδόν 5 φορές ο δεύτερος. Ένα τέτοιο μειονέκτημα είναι διαφορετικό, πράγμα που σημαίνει ότι τέτοια λέιζερ υιοθετούν την τεχνολογία αντλίας LD 976nm για να επιτύχουν υψηλότερη απόδοση μετατροπής οπτικού φωτός. Ταυτόχρονα, υψηλότερη απορρόφηση σημαίνει επίσης αποτελεσματική μείωση του μήκους της ίνας, περιορίζοντας έτσι τις επιβλαβείς μη γραμμικές επιδράσεις σε κάποιο βαθμό.
Εικ.3 Καμπύλη φωτονίου Dinoff (PD) Απώλεια διαφορετικών σταδίων ενέργειας ιόντων YB.
Προς το παρόν, τα λέιζερ ινών σπάνιων γαιών μεγάλης δράσης πρέπει να αντιμετωπίζουν προβλήματα φωτοεγκατάστασης. Αυτό το πρόβλημα προκαλεί σημαντική μείωση στην ισχύ εξόδου του λέιζερ, τη σταθερότητα και τη διάρκεια ζωής. Σκοτάδι φωτονίων Το φαινόμενο αναφέρεται επίσης σε μεγάλο αριθμό λέιζερ με ίνες ιόντων. Γενικά θεωρείται ότι αυτό το φαινόμενο προκαλείται από ένα χρωματικό κέντρο που παράγεται στη γυάλινη μήτρα. Προηγούμενες μελέτες έχουν προτείνει πολλούς πιθανούς τρόπους επίλυσης αυτού του φωτονίου, συμπεριλαμβανομένου του φωσφόρου σε συνδυασμό με πρόσμειξη στην ίνα, με χρήση λέιζερ 405 nm, φωτολεύκανση, ακόμη και με χρήση υψηλής θερμοκρασίας, λαμβάνει χώρα ανόπτηση του φωτονίου αποκαθιστοποίηση του φωτονίου. . Μεταξύ αυτών, αν και ο φώσφορος μπορεί να κατασταλεί αποτελεσματικά, η απώλεια φόντου και το αριθμητικό διάφραγμα είναι αυξημένα.
Προηγούμενες μελέτες της ομάδας Koponen, σε φωτόνιο πιο σκούρο έδειξαν ότι η ταχύτητα πρόσληψης φωτονίων εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη συγκέντρωση των ακάρεων διέγερσης, η οποία είναι η αναστροφή ενεργειακής κατάστασης του ιόντος (Right Inversion YB). Βρήκαν ότι οι ρυθμοί πρόσληψης φωτονίων ήταν ανάλογοι με 7 φορές τον ρυθμό αντιστροφής της ιοντικής ενέργειας. Μια καμπύλη των απωλειών που οφείλονται σε φωτόνια με την πάροδο του χρόνου στο Σχήμα 3 στο Σχήμα 3 δίνεται στο Σχήμα 3. Τα δεδομένα είναι πολύ διαισθητικά ότι ο ρυθμός σκοταδισμού φωτονίων αυξάνεται απότομα με την αύξηση της αντιστροφής ενέργειας.
Εικ. 4, Ρυθμός αντίστροφης ενέργειας ιόντων YB ως καμπύλη αλλαγής ισχύος αντλίας κάτω από 976 Nm και 920 NM Κατάσταση αντλίας (Υποθέστε ότι τα δεδομένα του ρυθμού αντιστροφής είναι αρκετά ομαλά όταν η τυπική απόκλιση είναι μικρότερη από 1%)
Ο ρυθμός αντιστροφής της ενεργειακής κατάστασης στην ίνα με ντοπαρίσματος επηρεάζεται από τη μάζα της ίνας, την ισχύ της αντλίας, την ανάδραση φωτός και το μήκος κύματος του μήκους κύματος φωτός της αντλίας. Το κατάλληλο μήκος κύματος φωτός της αντλίας μπορεί να κατασταλεί σε μεγάλο βαθμό σε μεγάλο βαθμό. Η αναστροφή ενεργειακής κατάστασης ορίζεται χονδρικά ως ο λόγος της φωτονικής απορρόφησης με την ίδια διατομή εκπομπής σε ένα ορισμένο μήκος κύματος φωτός της αντλίας, και στη συνέχεια η ενεργειακή κατάσταση της ίνας με ντοπάρισμα λαμβάνεται υπό δύο συνθήκες φωτός αντλίας 976 nm και 920 nm. Ο ρυθμός αντιστροφής ποικίλλει ανάλογα με την αλλαγή ισχύος της αντλίας (Εικ. 4). Αν και το φάσμα απορρόφησης στο Σχήμα 2 στο πρώτο Σχήμα 2 δείχνει ότι τα χαρακτηριστικά απορρόφησης του φωτός μήκους κύματος 976 nm είναι σημαντικά ισχυρότερα από άλλα μήκη κύματος, αλλά επειδή το φως μήκους κύματος 976 nm είναι σχετικά μεγάλο, τελικά λαμβάνεται από το φως της αντλίας από ό,τι σε 920 nm. Η χαμηλότερη ενέργεια στην κατάσταση είναι χαμηλότερη. Αν και τα δεδομένα δεν έδωσαν άμεσα την αντιστροφή της ενεργειακής κατάστασης της αντλίας 915 nm, ήταν ακόμα δυνατό να υποθέσουμε ότι η πηγή φωτός της αντλίας 976 nm έχει ισχυρότερο δυναμικό αντι-οπτικής υποπροφίλ από την πρώτη.
Αν και η μέθοδος αντλίας 976 nm έχει υψηλότερο ρυθμό απορρόφησης και απόδοση μετατροπής φωτός, μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά το μήκος της ίνας απολαβής και το επιβλαβές φαινόμενο του φωτονίου μπορεί να μειωθεί, αλλά είναι σε σχέση με τη λειτουργία αντλίας 915 nm στην επεξεργασία και τη σύζευξη ινών . Το τεχνικό είναι πιο δύσκολο. Επιπλέον, το φάσμα απορρόφησης της ενσωματωμένης ίνας στην περιοχή των 976 nm είναι πολύ στενό. Η αλλαγή του μήκους κύματος που προκαλείται από τη διακύμανση της θερμοκρασίας της πηγής της αντλίας μπορεί να προκαλέσει ασταθή ισχύ εξόδου λέιζερ και αυτή η τεχνολογία αντλίας έχει μια πολύ αυστηρή απαίτηση του συστήματος θερμικής διαχείρισης του λέιζερ. Εξαιτίας αυτού, μόνο λίγοι κατασκευαστές λέιζερ είναι όπως η IPG της Γερμανίας, η Coherent-Rofin των Ηνωμένων Πολιτειών και η GW των ΗΠΑ και άλλοι κατασκευαστές χρησιμοποιούν πηγή αντλίας 976 nm σε μεγάλης κλίμακας βιομηχανικά λέιζερ.
Ώρα δημοσίευσης: 27 Ιουλίου 2021