Tijekom proteklog desetljeća, uz kontinuirano poboljšanje izvora crpke i laserske strukture, tehnologija vlaknastog lasera uvelike se poboljšala. Na temelju dopiranog optičkog vlakna (YDF-Laser) ima široku primjenu u industrijskim, znanstvenim istraživanjima itd. zbog visoke učinkovitosti električno-optičke pretvorbe, bolje kvalitete i stabilnosti snopa.
Sl. 1. Spektralna stopa apsorpcije različitih metalnih materijala
Današnji jednomodni laseri s vlaknima velike snage već dugo mogu jednostavno implementirati digitalni izlaz optičke snage na razini KW, što takve lasere čini u području obrade metala. Pod istim uvjetima izlazne snage svjetlosti, zbog različite stope apsorpcije, laser s vlaknima od 1 mikrona na bazi vlakna za odrasle je značajno poboljšan kada je CO2 laser od 10 mikrona učinkovitiji od metalnog materijala. Slika 1 daje spektralnu stopu apsorpcije različitih metalnih materijala, što se iz slike može vidjeti da većina metalnog materijala na apsorpcijskim karakteristikama spektra pokazuje tendenciju smanjenja s povećanjem optičke valne duljine. Metalni materijal očito je jači od izlazne valne duljine od oko 1070 nm u odnosu na izlaznu valnu duljinu CO2 lasera na CO2 laseru na 10,6um. Konkretno, stopa apsorpcije metalnog željeza ispod valne duljine 1070 nm je gotovo 6 puta niža od uvjeta valne duljine od 10,6 um.
Slika 2. Relativna apsorpcija aluminosilikatnog i fosfosilikatnog (YB) vlakna na 800-1100 nm spektru
Budući da miješano optičko vlakno ima vrlo jaku karakteristiku apsorpcije od 976 nm i 915 nm valne duljine, takvi laseri se uglavnom pumpaju poluvodičkim laserom (LD) koji emitira gornju valnu duljinu. Slika 2 prikazuje dva tipična dopirana optička vlakna za relativne stope apsorpcije od 800 do 1100 nm spektroskopije, a postoji značajna značajka apsorpcionog vrha blizu 915 nm i 976 nm. Brzina apsorpcije svjetlosnih valova od 976 nm u vlaknima za bacanje aluminosilikata gotovo je tri puta veća od svjetlosnog vala od 915 nm, a stopa apsorpcije prvog u fosfosilikatu je skoro 5 puta veća od drugog. Takav nedostatak je drugačiji, što znači da takvi laseri usvajaju tehnologiju LD pumpe od 976 nm za postizanje veće učinkovitosti svjetlo-optičke pretvorbe. Istodobno, veća apsorpcija također znači učinkovito smanjenje duljine vlakna, čime se do određene mjere ograničavaju štetni nelinearni učinci.
Slika 3. Krivulja gubitka fotona Dinoffa (PD) različitih koraka YB ionske energije.
Trenutačno se laseri s vlaknima s dopunom rijetkih zemalja velikog djelovanja moraju suočiti s problemima fotodatacije. Ovaj problem uzrokuje značajno smanjenje izlazne snage lasera, stabilnosti i radnog vijeka. Fotonska tama. Ovaj fenomen je također zabilježen u velikom broju lasera s vlaknima dopiranim ionima. Općenito se smatra da je ovaj fenomen uzrokovan centrom boje koji nastaje u staklenoj matrici. Prethodne studije su predložile mnogo mogućih načina za rješavanje ovog fotonskog dakta, uključujući ko-dopirani fosfor u vlaknu, korištenjem 405 nm lasera, fotoizbjeljivanje, čak i korištenjem visoke temperature, dolazi do žarenja fotonskog decimenziranja fotona. . Među njima, iako se fosfor može učinkovito suzbiti, povećan je gubitak pozadine i brojčani otvor.
Prethodne studije Koponen tima, na fotonu tamnijem, pokazale su da brzina unosa fotona uvelike ovisi o koncentraciji pobuđenih grinja, što je preokret energetskog stanja iona (YB Inversion Rate). Otkrili su da su stope unosa fotona proporcionalne 7 puta u stopi preokreta ionske energije. Krivulja fotona intiminiranih gubitaka tijekom vremena na Slici 3 na Slici 3 data je na Slici 3. Podaci su vrlo intuitivni da se stopa zamračenja fotona naglo povećava s povećanjem preokreta energije.
Slika 4, Obrnuta brzina YB ionske energije kao krivulja promjene snage crpke pod uvjetom pumpe od 976 Nm i 920 NM (Pretpostavimo da su podaci o stopi preokreta dovoljno glatki kada je standardna varijansa manja od 1%)
Na brzinu preokreta energetskog stanja u dopiranom vlaknu utječu masa vlakna, snaga pumpe, povratna sprega svjetlosti i valna duljina valne duljine svjetlosti pumpe. Prikladna valna duljina svjetlosti crpke može se u velikoj mjeri potisnuti u velikoj mjeri. Preokret energetskog stanja grubo je definiran kao omjer fotonske apsorpcije s istim presjekom emisije pri određenoj valnoj duljini svjetlosti pumpe, a zatim se energetsko stanje dopiranog vlakna dobiva pod dvije svjetlosne uvjete pumpe od 976 nm i 920 nm. Brzina preokreta varira s promjenom snage crpke (slika 4). Iako apsorpcijski spektar na slici 2 na prvoj slici 2 pokazuje da su karakteristike apsorpcije svjetlosti valne duljine 976 nm znatno jače od ostalih valnih duljina, ali budući da je svjetlost valne duljine od 976 nm relativno velika, konačno se dobiva svjetlom pumpe nego u 920 nm. Niža energija u stanju je niža. Iako podaci nisu izravno dali promjenu energetskog stanja crpke od 915 nm, još uvijek je bilo moguće nagađati da izvor svjetlosti crpke od 976 nm ima jači anti-optički potencijal sub-profiliranja od prethodnog.
Iako metoda 976 nm pumpe ima veću stopu apsorpcije i učinkovitost konverzije svjetlosti, može učinkovito smanjiti duljinu pojačanog vlakna, a može se smanjiti i štetni efekt fotona hvatanja, ali je u odnosu na 915 nm način rada pumpe na tretman vlakana i spajanje . Tehničko je teže. Štoviše, apsorpcijski spektar ugrađenog vlakna u rasponu od 976 nm je preuzak. Promjena valne duljine uzrokovana fluktuacijom temperature izvora pumpe može uzrokovati nestabilnu izlaznu snagu lasera, a ova tehnologija crpke ima vrlo stroge zahtjeve za sustav upravljanja toplinom lasera. Zbog toga je samo nekoliko proizvođača lasera poput njemačkog IPG-a, Sjedinjenih Država Coherent-Rofin, a američki GW i drugi proizvođači koriste izvor pumpe od 976 nm u velikim industrijskim laserima.
Vrijeme objave: 27. srpnja 2021