Az elmúlt évtizedben a szivattyúforrás és a lézerszerkezet folyamatos fejlesztésével a szálas lézer technológia nagymértékben javult. Az adalékolt optikai szálon alapuló (YDF-Laser) széles körben használatos ipari, tudományos kutatásban stb. a magas elektromos-optikai konverziós hatékonyság, jobb sugárminőség és stabilitás miatt.
1. ábra. Különböző fémanyagok spektrális abszorpciós sebessége
A mai nagyteljesítményű egymódusú szálas lézerek már régóta képesek könnyen megvalósítani a digitális KW szintű optikai teljesítményt, ami ilyen lézereket készít a fémfeldolgozás területén. Azonos fénykibocsátási feltételek mellett az eltérő abszorpciós sebesség miatt a felnőtt szálon alapuló 1 mikronos szálas lézer jelentősen javul, ha a 10 mikronos CO2 lézer hatékonyabb, mint a fémanyag. Az 1. ábra a különböző fémanyagok spektrális abszorpciós sebességét mutatja, ami az ábrán látható, hogy a spektrum abszorpciós jellemzőinek fémanyagának többsége csökkenő tendenciát mutat az optikai hullámhossz növekedésével. A fémanyag nyilvánvalóan erősebb, mint a körülbelül 1070 nm-es kimenő hullámhossz a CO2 lézer kimeneti hullámhosszához viszonyítva 10,6 um-es CO2 lézernél. Különösen a fémvas abszorpciós sebessége 1070 nm-es hullámhosszon közel hatszor alacsonyabb, mint a 10,6 um hullámhossz körülményei között.
2. ábra: Aluminoszilikát és foszfoszilikát (YB) szál relatív abszorpciója 800-1100 nm-es spektrumon
Mivel a kevert optikai szál nagyon erős, 976 nm és 915 nm hullámhosszú abszorpciós karakterisztikával rendelkezik, az ilyen lézereket főként a fenti hullámhosszt kibocsátó félvezető lézer (LD) pumpálja. A 2. ábra két tipikus adalékolt optikai szálat mutat be 800-1100 nm spektroszkópiai relatív abszorpciós sebességgel, és van egy jelentős jellemzőabszorpciós csúcs 915 nm és 976 nm közelében. A 976 nm-es fényhullámok abszorpciós sebessége az alumínium-szilikát dömpingszálban közel háromszorosa a 915 nm-es fényhullámnak, és az előbbi abszorpciós sebessége a foszfosilikátban közel ötszöröse az utóbbinak. Ez a hátrány más, ami azt jelenti, hogy az ilyen lézerek 976 nm-es LD-szivattyús technológiát alkalmaznak a nagyobb fény-optikai konverziós hatékonyság elérése érdekében. A nagyobb abszorpció ugyanakkor hatékonyan csökkenti a szál hosszát, ezáltal bizonyos mértékig korlátozza a káros nemlineáris hatásokat.
3. ábra: Foton Dinoff (PD) különböző YB ion energialépések veszteségének görbéje.
Jelenleg a nagy hatású ritkaföldfémekkel adalékolt szálas lézereknek fotodációs problémákkal kell szembenézniük. Ez a probléma jelentősen csökkenti a lézer kimeneti teljesítményét, stabilitását és élettartamát. Fotonsötétség A jelenségről számos ionadalékolt szálas lézernél is beszámoltak. Általában úgy tartják, hogy ezt a jelenséget az üvegmátrixban keletkező színközpont okozza. Korábbi tanulmányok sok lehetséges megoldást javasoltak ennek a fotondaktusznak a megoldására, beleértve a szálban adalékolt foszfort is, 405 nm-es lézerrel, fényfehérítéssel, még magas hőmérsékleten is, a fotonok foton decimenzációjának lágyulása következik be. . Ezek közül, bár a foszfor hatékonyan elnyomható, a háttérveszteség és a numerikus apertúra megnő.
Koponen csapatának korábbi, fotonsötétebbről végzett tanulmányai kimutatták, hogy a fotonfelvételi sebesség nagymértékben függ a gerjesztő atkák koncentrációjától, ami az ion energiaállapotának megfordítása (YB Inversion Rate). Azt találták, hogy a fotonfelvételi sebességek arányosak az ionenergia megfordítási sebességének hétszeresével. A 3. ábrán a 3. ábrán látható fotonveszteségek időbeli görbéje a 3. ábrán látható. Az adatok nagyon intuitívak, hogy a fotonsötétedési sebesség meredeken növekszik az energia visszafordításának növekedésével.
4. ábra: YB ion energia fordított sebesség, mint a szivattyú teljesítményváltozási görbéje 976 Nm és 920 Nm szivattyú állapota mellett (feltételezzük, hogy a megfordítási sebesség adatok kellően egyenletesek, ha a standard eltérés kisebb, mint 1%)
Az adalékolt szál energiaállapotának megfordítási sebességét befolyásolja a szál tömege, a szivattyú teljesítménye, a fény visszacsatolása és a szivattyú fény hullámhosszának hullámhossza. A megfelelő szivattyú fény hullámhossza nagymértékben elnyomható. Az energiaállapot megfordítását nagyjából úgy definiáljuk, mint az azonos emissziós keresztmetszetű fotonikus abszorpció arányát egy bizonyos szivattyú fényhullámhosszon, majd az adalékolt szál energiaállapotát két pumpás fényviszonyok között, 976 nm és 920 nm mellett kapjuk meg. Az irányváltási sebesség a szivattyú teljesítményének változásával változik (4. ábra). Bár az abszorpciós spektrum a 2. ábrán az első 2. ábrán azt jelzi, hogy a 976 nm-es hullámhosszú fény abszorpciós jellemzői lényegesen erősebbek, mint más hullámhosszaké, de mivel a 976 nm-es hullámhosszú fény viszonylag nagy, végül pumpás fénnyel nyerjük, mint a 2. ábrán. 920 nm. Az alacsonyabb energia az állapotban alacsonyabb. Bár az adatok közvetlenül nem adták meg a 915 nm-es szivattyú energiaállapotának megfordítását, mégis feltételezhető volt, hogy a 976 nm-es pumpás fényforrás erősebb anti-optikai alprofilozási potenciállal rendelkezik, mint az előbbi.
Bár a 976 nm-es pumpás módszer nagyobb abszorpciós sebességgel és fénykonverziós hatásfokkal rendelkezik, hatékonyan csökkentheti az erősítő szál hosszát, és csökkenthető a káros foton-kanache hatás, de a szálkezelés és csatolás során a 915 nm-es pumpás módhoz képest. . Technikailag nehezebb. Ráadásul a beépített szál abszorpciós spektruma a 976 nm-es tartományban túl szűk. A szivattyúforrás hőmérséklet-ingadozása által okozott hullámhossz-változás a lézer kimeneti teljesítményét instabillá teheti, és ennek a szivattyús technológiának nagyon szigorú követelményei vannak a lézer hőkezelési rendszerével szemben. Emiatt csak néhány lézergyártó olyan, mint a német IPG, az egyesült államokbeli Coherent-Rofin, az amerikai GW és más gyártók pedig 976 nm-es szivattyúforrást használnak nagyméretű ipari lézerekben.
Feladás időpontja: 2021.07.27