Viimase kümnendi jooksul on pumba allika ja laserstruktuuri pideva täiustamisega kiudlasertehnoloogia oluliselt paranenud. Legeeritud optilise kiu (YDF-Laser) baasil kasutatakse laialdaselt tööstuses, teadusuuringutes jne kõrge elektri-optilise muundamise efektiivsuse, parema kiire kvaliteedi ja stabiilsuse tõttu.
Joonis 1. Erinevate metallmaterjalide spektraalne neeldumiskiirus
Tänapäeva suure võimsusega ühemoodilised kiudlaserid on pikka aega suutnud hõlpsasti rakendada digitaalset KW-taseme optilist väljundvõimsust, mis teeb selliseid lasereid metallitöötlemise valdkonnas. Samade valgusväljundvõimsuse tingimustes on erineva neeldumiskiiruse tõttu täiskasvanud kiul põhinev 1-mikroniline fiiberlaser oluliselt paranenud, kui 10-mikroniline CO2-laser on efektiivsem kui metallmaterjal. Joonisel fig 1 on toodud erinevate metallmaterjalide spektraalne neeldumiskiirus, mis on jooniselt näha, et enamiku spektri neeldumisomaduste metallist materjalist on kalduvus optilise lainepikkuse kasvades väheneda. Metallmaterjal on ilmselgelt tugevam kui väljundlainepikkus umbes 1070 nm võrreldes CO2 laseri väljundlainepikkusega 10,6 um juures. Eelkõige on metalli raua neeldumiskiirus 1070 nm lainepikkusel peaaegu 6 korda madalam kui 10,6 um lainepikkuse tingimustes.
Joonis 2. Alumosilikaat- ja fosfosilikaatkiu (YB) suhteline neeldumine 800-1100 nm spektris
Kuna segatud optilisel kiul on 976 nm ja 915 nm lainepikkusega väga tugev neeldumisomadus, pumbatakse selliseid lasereid peamiselt pooljuhtlaseriga (LD), mis kiirgab ülaltoodud lainepikkust. Joonisel fig 2 on kujutatud kahte tüüpilist legeeritud optilist kiudu suhtelise neeldumiskiirusega 800 kuni 1100 nm spektroskoopias ning märkimisväärne tunnuse neeldumispiik on 915 nm ja 976 nm lähedal. 976 nm valguslainete neeldumiskiirus alumiiniumsilikaadist eralduvas kius on peaaegu kolm korda suurem kui 915 nm valguslaine ja esimese neeldumiskiirus fosfosilikaadis on peaaegu 5 korda suurem. Selline puudus on erinev, mis tähendab, et sellised laserid kasutavad 976 nm LD-pumba tehnoloogiat, et saavutada suurem valgus-optilise muundamise efektiivsus. Samal ajal tähendab suurem neeldumine ka tõhusalt kiu pikkuse vähendamist, piirates seeläbi teatud määral kahjulikke mittelineaarseid mõjusid.
Joon.3 Fotoni dinofi (PD) kõver YB ioonide erinevate energiaastmete kadumise kohta.
Praegu peavad suure toimeajaga haruldaste muldmetallidega legeeritud kiudlaserid seisma silmitsi fotodevahelise probleemidega. See probleem põhjustab laseri väljundvõimsuse, stabiilsuse ja tööea olulise vähenemise. Footonite tumedus Nähtust on kirjeldatud ka paljudes ioonidega legeeritud kiudlaserites. Üldiselt arvatakse, et selle nähtuse põhjustab klaasmaatriksis tekkiv värvikeskus. Varasemad uuringud on pakkunud välja palju võimalikke viise selle footondaktaadi lahendamiseks, sealhulgas kaas-leegitud fosforit kius, kasutades 405 nm laserit, fotopleegitamist, isegi kõrget temperatuuri kasutades, toimub footoni footoni detsimenseerimise lõõmutamine. . Nende hulgas, kuigi fosforit saab tõhusalt maha suruda, suurenevad taustakadu ja arvuline ava.
Varasemad Koponeni meeskonna uuringud fotoni tumedama kohta näitasid, et footonite sisselaskekiirus sõltub suuresti ergastuslestade kontsentratsioonist, mis on iooni energia oleku ümberpööramine (YB inversioonikiirus). Nad leidsid, et footonite omastamise kiirused olid võrdelised ioonenergia ümberpööramiskiiruse 7-kordsega. Fotonitest põhjustatud kadude kõver aja jooksul joonisel 3 joonisel fig 3 on esitatud joonisel 3. Andmed on väga intuitiivsed, et footonite tumenemise kiirus suureneb järsult koos energia pöördumise suurenemisega.
Joonis 4, YB iooni energia pöördkiirus pumba võimsuse muutuse kõverana pumba seisukorras alla 976 Nm ja 920 NM (oletame, et pöördkiiruse andmed on piisavalt sujuvad, kui standardne hälve on alla 1%)
Legeeritud kiu energiaoleku ümberpööramise kiirust mõjutavad kiu mass, pumba võimsus, valguse tagasiside ja pumba valguse lainepikkuse lainepikkus. Sobivat pumba valguse lainepikkust saab suures osas suures osas maha suruda. Energia oleku ümberpööramine on ligikaudu määratletud fotoonilise neeldumise suhtena sama emissiooni ristlõikega teatud pumba valguse lainepikkusel ja seejärel saadakse legeeritud kiu energia olek kahe pumba valguse tingimustes 976 nm ja 920 nm. Pööramissagedus varieerub sõltuvalt pumba võimsuse muutumisest (joonis 4). Kuigi esimesel joonisel fig 2 olev neeldumisspekter näitab, et 976 nm lainepikkusega valguse neeldumisomadused on oluliselt tugevamad kui teistel lainepikkustel, kuid kuna 976 nm lainepikkusega valgus on suhteliselt suur, saadakse see lõpuks pumbavalgusega kui 920 nm. Madalam energia seisundis on madalam. Kuigi andmed ei andnud otseselt 915 nm pumba energiaoleku ümberpööramist, oli siiski võimalik oletada, et 976 nm pumba valgusallikal on tugevam anti-optiline alamprofileerimise potentsiaal kui eelmisel.
Kuigi 976 nm pumbameetodil on suurem neeldumiskiirus ja valguse muundamise efektiivsus, võib see tõhusalt vähendada võimenduskiu pikkust ja kahjulikku footon-kanache efekti, kuid see on võrreldes 915 nm pumbarežiimiga kiudude töötlemisel ja ühendamisel. . Tehniline on keerulisem. Lisaks on 976 nm vahemikus liidetud kiu neeldumisspekter liiga kitsas. Pumba allika temperatuurikõikumisest põhjustatud lainepikkuse muutus võib põhjustada laseri väljundvõimsuse ebastabiilsuse ja sellel pumbatehnoloogial on laseri soojusjuhtimissüsteemile väga ranged nõuded. Seetõttu on vaid vähesed laseritootjad nagu Saksamaa IPG, USA Coherent-Rofin ning USA GW ja teised tootjad kasutavad suuremahulistes tööstuslaserites 976 nm pumbaallikat.
Postitusaeg: 27. juuli 2021