Viimeisen vuosikymmenen aikana pumppulähteen ja laserrakenteen jatkuvan parantamisen myötä kuitulasertekniikka on parantunut huomattavasti. Seostettuun optiseen kuituun (YDF-Laser) perustuvaa käytetään laajalti teollisuudessa, tieteellisessä tutkimuksessa jne. korkean sähkö-optisen muunnostehokkuuden, paremman säteen laadun ja vakauden vuoksi.
Kuva 1. Eri metallimateriaalien spektriabsorptionopeus
Nykypäivän suuritehoiset yksimuotokuitulaserit ovat jo pitkään pystyneet toteuttamaan helposti digitaalisen KW-tason optisen tehon, mikä tekee tällaisista lasereista metallinkäsittelyn alalla. Samoissa valoteho-olosuhteissa erilaisen absorptionopeuden vuoksi aikuisten kuituihin perustuva 1 mikronin kuitulaser paranee merkittävästi, kun 10 mikronin CO2-laser on tehokkaampi kuin metallimateriaali. Kuvassa 1 on esitetty eri metallimateriaalien spektraalinen absorptionopeus, mikä näkyy kuvasta, että suurimmalla osalla spektrin absorptio-ominaisuuksissa olevasta metallimateriaalista on taipumus pienentyä optisen aallonpituuden kasvaessa. Metallimateriaali on selvästi vahvempi kuin noin 1070 nm:n ulostuloaallonpituus verrattuna CO2-laserin lähtöaallonpituuteen CO2-laserilla 10,6 um:ssa. Erityisesti metalliraudan absorptionopeus 1070 nm:n aallonpituudella on lähes 6 kertaa pienempi kuin 10,6 um aallonpituuden olosuhteissa.
Kuva 2. Aluminosilikaatti- ja fosfosilikaattikuidun (YB) suhteellinen absorptio 800-1100 nm spektrissä
Koska sekoitetulla optisella kuidulla on erittäin vahva absorptio-ominaisuus 976 nm ja 915 nm aallonpituudella, tällaisia lasereita pumpataan pääasiassa puolijohdelaserilla (LD), joka emittoi edellä mainitun aallonpituuden. Kuvassa 2 on kaksi tyypillistä seostettua optista kuitua suhteellisilla absorptionopeuksilla 800 - 1100 nm spektroskopiassa, ja siinä on merkittävä piirteen absorptiohuippu lähellä aallonpituuksia 915 nm ja 976 nm. 976 nm:n valoaaltojen absorptionopeus alumiinisilikaattikuidussa on lähes kolminkertainen 915 nm:n valoaaltoon verrattuna, ja edellisen absorptionopeus fosfosilikaatissa on lähes 5 kertaa jälkimmäisen. Tällainen haitta on erilainen, mikä tarkoittaa, että tällaiset laserit käyttävät 976 nm:n LD-pumpputekniikkaa korkeamman valo-optisen muunnostehokkuuden saavuttamiseksi. Samalla suurempi absorptio tarkoittaa myös tehokkaasti kuidun pituuden pienentämistä, mikä rajoittaa haitallisia epälineaarisia vaikutuksia jossain määrin.
Kuva 3 Photon Dinoff (PD) -käyrä eri YB-ionienergia-askeleista.
Tällä hetkellä suuritoimisten harvinaisten maametallien seostettujen kuitulaserien on kohdattava valodaatioongelmia. Tämä ongelma vähentää merkittävästi laserin lähtötehoa, vakautta ja käyttöikää. Fotonipimeys Ilmiö on raportoitu myös useissa ioniseostetuissa kuitulasereissa. Yleisesti katsotaan, että tämän ilmiön aiheuttaa lasimatriisiin syntyvä värikeskus. Aiemmat tutkimukset ovat ehdottaneet monia mahdollisia tapoja ratkaista tämä fotonidaktaatti, mukaan lukien codoped fosfori kuidussa käyttämällä 405 nm laseria, valovalkaisua, jopa käyttämällä korkeaa lämpötilaa, tapahtuu fotonien fotonien hehkutus. . Niiden joukossa, vaikka fosforia voidaan tehokkaasti tukahduttaa, taustahäviö ja numeerinen aukko lisääntyvät.
Koposen tiimin aiemmat tutkimukset fotonin tummemmasta osoittivat, että fotonien sisäänottonopeus riippuu suurelta osin virityspunkkien pitoisuudesta, joka on ionin energiatilan käänteinen (YB Inversion Rate). He havaitsivat, että fotonien sisäänottonopeudet olivat verrannollisia 7-kertaiseen ionienergian kääntymisnopeuteen. Käyrä fotonien aiheuttamista häviöistä ajan myötä kuviossa 3 kuviossa 3 on esitetty kuvassa 3. Tiedot ovat erittäin intuitiivisia, että fotonien tummumisnopeus kasvaa jyrkästi energian kääntymisen kasvaessa.
Kuva 4, YB-ionienergian käänteisnopeus pumpun tehonmuutoskäyränä alle 976 Nm:n ja 920 NM:n pumpun kunnossa (oletetaan, että kääntönopeustiedot ovat riittävän tasaiset, kun standardivarianssi on alle 1 %)
Seostetun kuidun energiatilan vaihtumisnopeuteen vaikuttavat kuidun massa, pumpun teho, valon takaisinkytkentä ja pumpun valon aallonpituuden aallonpituus. Sopiva pumpun valon aallonpituus voidaan suurelta osin vaimentaa. Energiatilan kääntyminen määritellään karkeasti fotonisen absorption suhteeksi, jolla on sama emissiopoikkileikkaus tietyllä pumpun valon aallonpituudella, ja sitten seostetun kuidun energiatila saadaan kahdessa pumppuvalossa 976 nm ja 920 nm. Kääntymisnopeus vaihtelee pumpun tehon muutoksen mukaan (kuva 4). Vaikka absorptiospektri kuviossa 2 ensimmäisessä kuviossa 2 osoittaa, että 976 nm aallonpituuden valon absorptio-ominaisuudet ovat huomattavasti vahvempia kuin muut aallonpituudet, mutta koska 976 nm aallonpituuden valo on suhteellisen suuri, se saadaan lopulta pumppuvalolla kuin valossa. 920 nm. Tilan alempi energia on pienempi. Vaikka tiedot eivät suoraan antaneet 915 nm:n pumpun energiatilan kääntymistä, oli silti mahdollista olettaa, että 976 nm:n pumppuvalonlähteellä on vahvempi anti-optinen aliprofilointipotentiaali kuin edellisellä.
Vaikka 976 nm:n pumppumenetelmällä on korkeampi absorptionopeus ja valon muunnostehokkuus, se voi tehokkaasti vähentää vahvistuskuidun pituutta ja haitallista fotonikanache-ilmiötä voidaan vähentää, mutta se on suhteessa 915 nm:n pumpputilaan kuitukäsittelyssä ja kytkennässä. . Tekninen on vaikeampaa. Lisäksi sisällytetyn kuidun absorptiospektri 976 nm:n alueella on liian kapea. Pumppulähteen lämpötilan vaihtelun aiheuttama aallonpituuden muutos voi saada laserin lähtötehon epävakaaksi, ja tällä pumpputekniikalla on erittäin tiukat vaatimukset laserin lämmönhallintajärjestelmälle. Tämän vuoksi vain harvat laservalmistajat ovat kuten Saksan IPG, yhdysvaltalaiset Coherent-Rofin ja yhdysvaltalaiset GW ja muut valmistajat käyttävät 976 nm:n pumppulähdettä suurissa teollisuuslasereissa.
Postitusaika: 27.7.2021