در طول دهه گذشته، با بهبود مستمر منبع پمپ و ساختار لیزر، فناوری لیزر فیبر تا حد زیادی بهبود یافته است. بر اساس فیبر نوری دوپ شده (YDF-Laser) به دلیل راندمان تبدیل الکتریکی - نوری بالا، کیفیت پرتو و پایداری به طور گسترده در تحقیقات صنعتی، علمی و غیره استفاده می شود.
عکس. 1. نرخ جذب طیفی مواد فلزی مختلف
لیزرهای فیبر تک حالته پرقدرت امروزی مدتهاست که قادر به پیادهسازی خروجی توان نوری دیجیتال در سطح KW هستند که چنین لیزرهایی را در زمینه پردازش فلزات میسازد. تحت شرایط قدرت خروجی نور یکسان، به دلیل نرخ جذب متفاوت، لیزر فیبر 1 میکرونی مبتنی بر فیبر بالغ به طور قابل توجهی بهبود می یابد زمانی که لیزر CO2 10 میکرونی کارآمدتر از مواد فلزی باشد. شکل 1 نرخ جذب طیفی مواد فلزی مختلف را نشان میدهد، که از شکل مشاهده میشود که بیشتر مواد فلزی روی ویژگیهای جذب طیف، با افزایش طول موج نوری تمایل به کاهش نشان میدهند. ماده فلزی به وضوح قوی تر از طول موج خروجی حدود 1070 نانومتر نسبت به طول موج خروجی لیزر CO2 در لیزر CO2 در 10.6um است. به طور خاص، نرخ جذب آهن فلزی تحت طول موج 1070 نانومتر تقریباً 6 برابر کمتر از شرایط طول موج 10.6 m است.
شکل 2. جذب نسبی فیبر آلومینوسیلیکات و فسفوسیلیکات (YB) در طیف 800-1100 نانومتر
از آنجایی که فیبر نوری ترکیبی دارای ویژگی جذب بسیار قوی 976 نانومتر و طول موج 915 نانومتر است، چنین لیزرهایی عمدتاً توسط یک لیزر نیمه هادی (LD) پمپ می شوند که طول موج فوق را ساطع می کند. شکل 2 دو فیبر نوری دوپینگ معمولی با نرخ جذب نسبی طیفسنجی 800 تا 1100 نانومتر است و اوج جذب ویژگی قابل توجهی در نزدیکی 915 نانومتر و 976 نانومتر وجود دارد. نرخ جذب امواج نوری 976 نانومتری در فیبر تخلیه آلومینوسیلیکات تقریباً سه برابر موج نوری 915 نانومتر است و نرخ جذب اولی در فسفوسیلیکات تقریباً 5 برابر دومی است. چنین نقطه ضعفی متفاوت است، به این معنی که چنین لیزرهایی از فناوری پمپ LD 976 نانومتری برای دستیابی به راندمان تبدیل نوری بالاتر استفاده می کنند. در عین حال، جذب بیشتر به معنای کاهش موثر طول فیبر است و در نتیجه اثرات غیرخطی مضر را تا حد معینی محدود می کند.
شکل 3 منحنی فوتون دینوف (PD) از دست دادن مراحل مختلف انرژی یون YB.
در حال حاضر، لیزرهای فیبر خاکی کمیاب دوپینگ با اثر بزرگ باید با مشکلات فتوشاپیال مواجه شوند. این مشکل باعث کاهش قابل توجه توان خروجی لیزر، پایداری و عمر کاری آن می شود. تاریکی فوتون این پدیده همچنین در تعداد زیادی از لیزرهای فیبر دوپ شده یونی گزارش شده است. به طور کلی تصور می شود که این پدیده توسط یک مرکز رنگ تولید شده در ماتریس شیشه ای ایجاد می شود. مطالعات قبلی راههای ممکن زیادی را برای حل این داکت فوتون پیشنهاد کردهاند، از جمله فسفر دوپ شده در فیبر، با استفاده از لیزر 405 نانومتر، سفید کردن نور، حتی با استفاده از دمای بالا، بازپخت کاهش فوتون فوتون رخ میدهد. . در میان آنها، اگرچه می توان فسفر را به طور موثری سرکوب کرد، افت پس زمینه و دیافراگم عددی افزایش می یابد.
مطالعات قبلی تیم Koponen روی فوتون تیرهتر نشان داد که سرعت جذب فوتون تا حد زیادی به غلظت کنههای تحریککننده بستگی دارد، که معکوسکردن حالت انرژی یون (نرخ وارونگی YB) است. آنها دریافتند که نرخ دریافت فوتون متناسب با 7 برابر نرخ معکوس انرژی یونی است. منحنی تلفات ناشی از فوتون در طول زمان در شکل 3 در شکل 3 در شکل 3 نشان داده شده است.
شکل 4، نرخ معکوس انرژی یون YB به عنوان منحنی تغییر قدرت پمپ در شرایط پمپ 976 نیوتن متر و 920 نیوتن متر (فرض کنید زمانی که واریانس استاندارد کمتر از 1٪ باشد داده های نرخ معکوس به اندازه کافی صاف است.
نرخ معکوس حالت انرژی در فیبر دوپینگ تحت تأثیر جرم فیبر، قدرت پمپ، بازخورد نور و طول موج طول موج نور پمپ است. طول موج نور پمپ مناسب را می توان تا حد زیادی تا حد زیادی سرکوب کرد. معکوس حالت انرژی تقریباً به عنوان نسبت جذب فوتونیک با سطح مقطع انتشار یکسان در طول موج نور پمپ مشخص می شود و سپس وضعیت انرژی فیبر دوپ شده در دو شرایط نور پمپ 976 نانومتر و 920 نانومتر به دست می آید. نرخ معکوس با تغییر قدرت پمپ متفاوت است (شکل 4). اگرچه طیف جذب در شکل 2 در شکل 2 اول نشان می دهد که ویژگی های جذب نور با طول موج 976 نانومتر به طور قابل توجهی قوی تر از سایر طول موج ها است، اما از آنجایی که نور طول موج 976 نانومتر نسبتاً بزرگ است، در نهایت با نور پمپ نسبت به طول موج به دست می آید. 920 نانومتر انرژی کمتر در شرایط کمتر است. اگرچه دادهها مستقیماً وضعیت انرژی پمپ 915 نانومتری را معکوس نمیکنند، هنوز هم میتوان حدس زد که منبع نور پمپ 976 نانومتری پتانسیل زیرپروفایل ضد نوری قویتری نسبت به اولی دارد.
اگرچه روش پمپ 976 نانومتری دارای نرخ جذب و راندمان تبدیل نور بالاتری است، اما می تواند به طور موثر طول فیبر بهره را کاهش دهد و اثر مضر فوتون کاناش را می توان کاهش داد، اما نسبت به حالت پمپ 915 نانومتری در درمان و جفت شدن فیبر است. . فنی سخت تر است. علاوه بر این، طیف جذب فیبر گنجانیده شده در محدوده 976 نانومتر بسیار باریک است. تغییر طول موج ناشی از نوسانات دمایی منبع پمپ می تواند باعث ناپایدار شدن توان خروجی لیزر شود و این فناوری پمپ نیاز بسیار سختگیرانه ای از سیستم مدیریت حرارتی لیزر دارد. به همین دلیل، تنها تعداد کمی از تولیدکنندگان لیزر مانند IPG آلمان، ایالات متحده Coherent-Rofin، و GW ایالات متحده و سایر تولیدکنندگان از منبع پمپ 976 نانومتری در لیزرهای صنعتی در مقیاس بزرگ استفاده می کنند.
زمان ارسال: ژوئیه-27-2021