Au cours de la dernière décennie, avec l'amélioration continue de la source de pompage et de la structure laser, la technologie laser à fibre s'est considérablement améliorée. Basé sur la fibre optique dopée (YDF-Laser) est largement utilisé dans la recherche industrielle, scientifique, etc. en raison de l'efficacité de conversion électrique-optique élevée, d'une meilleure qualité et stabilité du faisceau.
Fig. 1. Taux d'absorption spectrale de différents matériaux métalliques
Les lasers à fibre monomode haute puissance d'aujourd'hui sont depuis longtemps capables de mettre en œuvre facilement une sortie de puissance optique numérique de niveau KW, ce qui en fait de tels lasers dans le domaine du traitement des métaux. Dans les mêmes conditions de puissance de sortie lumineuse, en raison du taux d'absorption différent, le laser à fibre 1 micron basé sur la fibre adulte est considérablement amélioré lorsque le laser CO2 de 10 microns est plus efficace que le matériau métallique. La figure 1 donne le taux d'absorption spectrale de différents matériaux métalliques, ce qui peut être vu sur la figure que la plupart des matériaux métalliques sur les caractéristiques d'absorption du spectre ont tendance à diminuer à mesure que la longueur d'onde optique augmente. Le matériau métallique est évidemment plus résistant que la longueur d'onde de sortie d'environ 1070 nm par rapport à la longueur d'onde de sortie du laser CO2 à un laser CO2 à 10,6um. En particulier, le taux d'absorption du fer métallique sous une longueur d'onde de 1070 nm est près de 6 fois inférieur aux conditions de longueur d'onde de 10,6 um.
Fig 2. Absorption relative des fibres d'aluminosilicate et de phosphosilicate (YB) sur un spectre 800-1100 nm
Étant donné que la fibre optique mélangée a une très forte caractéristique d'absorption de longueur d'onde de 976 nm et 915 nm, ces lasers sont principalement pompés par un laser à semi-conducteur (LD) qui émet la longueur d'onde ci-dessus. La figure 2 montre deux fibres optiques dopées typiques à des taux d'absorption relatifs de 800 à 1100 nm, et il existe un pic d'absorption caractéristique significatif près de 915 nm et 976 nm. Le taux d'absorption des ondes lumineuses de 976 nm dans la fibre de décharge d'aluminosilicate est près de trois fois l'onde lumineuse de 915 nm, et le taux d'absorption du premier dans le phosphosilicate est près de 5 fois le dernier. Un tel inconvénient est différent, ce qui signifie que ces lasers adoptent la technologie de pompe LD à 976 nm pour obtenir une efficacité de conversion lumière-optique plus élevée. Dans le même temps, une absorption plus élevée signifie également une réduction efficace de la longueur de la fibre, limitant ainsi dans une certaine mesure les effets non linéaires nocifs.
Fig.3 Courbe de perte de photons Dinoff (PD) de différentes étapes d'énergie des ions YB.
À l'heure actuelle, les lasers à fibre dopée aux terres rares à action importante doivent faire face à des problèmes de photodation. Ce problème entraîne une diminution significative de la puissance de sortie du laser, de sa stabilité et de sa durée de vie. L'obscurité des photons Le phénomène est également signalé dans un grand nombre de lasers à fibre dopés aux ions. On considère généralement que ce phénomène est causé par un centre de couleur produit dans la matrice vitreuse. Des études antérieures ont proposé de nombreuses manières possibles de résoudre ce photon dacte, y compris le phosphore co-dopé dans la fibre, en utilisant un laser 405 nm, un photoblanchiment, même en utilisant une température élevée, un recuit du photon décimant le photon se produit. . Parmi eux, bien que le phosphore puisse être efficacement supprimé, la perte de fond et l'ouverture numérique sont augmentées.
Des études antérieures de l'équipe Koponen, sur des photons plus sombres, ont montré que la vitesse d'admission des photons dépend en grande partie de la concentration d'acariens d'excitation, qui correspond à l'inversion de l'état énergétique de l'ion (YB Inversion Rate). Ils ont constaté que les taux d'absorption de photons étaient proportionnels à 7 fois le taux d'inversion d'énergie ionique. Une courbe des pertes provoquées par les photons au fil du temps sur la figure 3 sur la figure 3 est donnée sur la figure 3. Les données sont très intuitives selon lesquelles le taux d'obscurcissement des photons augmente fortement avec l'augmentation de l'inversion d'énergie.
Fig 4, taux d'inversion d'énergie ionique YB en tant que courbe de changement de puissance de la pompe sous des conditions de pompe de 976 Nm et 920 NM (supposez que les données de taux d'inversion sont suffisamment lisses lorsque la variance standard est inférieure à 1 %)
Le taux d'inversion d'état énergétique dans la fibre dopée est affecté par la masse de la fibre, la puissance de pompage, le retour de lumière et la longueur d'onde de la longueur d'onde de la lumière de pompage. Une longueur d'onde de lumière de pompage appropriée peut être largement supprimée dans une large mesure. L'inversion d'état énergétique est grossièrement définie comme un rapport d'absorption photonique avec la même section efficace d'émission à une certaine longueur d'onde de lumière de pompage, puis l'état énergétique de la fibre dopée est obtenu dans deux conditions de lumière de pompage de 976 nm et 920 nm. Le taux d'inversion varie avec le changement de puissance de la pompe (Fig 4). Bien que le spectre d'absorption de la figure 2 dans la première FiG 2 indique que les caractéristiques d'absorption de la lumière de longueur d'onde de 976 nm sont nettement plus fortes que les autres longueurs d'onde, mais parce que la lumière de longueur d'onde de 976 nm est relativement grande, elle est finalement obtenue par la lumière de pompage que dans 920 nm. L'énergie inférieure dans la condition est inférieure. Bien que les données n'aient pas directement donné l'inversion de l'état énergétique de la pompe à 915 nm, il était toujours possible de spéculer que la source lumineuse de la pompe à 976 nm a un potentiel de sous-profilage anti-optique plus fort que la première.
Bien que la méthode de pompe à 976 nm ait un taux d'absorption et une efficacité de conversion de la lumière plus élevés, elle peut réduire efficacement la longueur de la fibre de gain et l'effet nocif du photon canache peut être réduit, mais il est par rapport au mode de pompe à 915 nm sur le traitement et le couplage de la fibre. . La technique est plus difficile. De plus, le spectre d'absorption de la fibre incorporée dans la gamme 976 nm est trop étroit. Le changement de longueur d'onde causé par la fluctuation de température de la source de pompage peut rendre la puissance de sortie du laser instable, et cette technologie de pompage a une exigence très stricte du système de gestion thermique du laser. Pour cette raison, seuls quelques fabricants de lasers sont comme IPG allemand, Coherent-Rofin américain et GW américain et d'autres fabricants utilisent une source de pompage à 976 nm dans les lasers industriels à grande échelle.
Heure de publication : 27 juillet-2021