過去10年間で、ポンプ源とレーザー構造の継続的な改善により、ファイバーレーザー技術は大幅に改善されました。ドープ光ファイバ（YDF-Laser）をベースに、電気光学変換効率が高く、ビーム品質と安定性が高いため、産業、科学研究などで広く使用されています。
図1。さまざまな金属材料のスペクトル吸収率
今日の高出力シングルモードファイバーレーザーは、長い間、デジタルKWレベルの光パワー出力を簡単に実装することができました。これにより、このようなレーザーは金属加工の分野で使用されます。同じ光出力条件下で、吸収率が異なるため、10ミクロンのCO2レーザーが金属材料よりも効率的である場合、成体ファイバーに基づく1ミクロンファイバーレーザーは大幅に改善されます。図1は、さまざまな金属材料のスペクトル吸収率を示しています。この図から、スペクトルの吸収特性に関するほとんどの金属材料は、光の波長が長くなるにつれて減少する傾向を示していることがわかります。金属材料は、10.6umのCO2レーザーでのCO2レーザーの出力波長と比較して、約1070nmの出力波長よりも明らかに強いです。特に、1070 nmの波長での金属鉄の吸収率は、10.6umの波長条件のほぼ6分の1です。
図2.800〜1100 nmスペクトルでのアルミノケイ酸塩およびホスホケイ酸塩（YB）ファイバーの相対吸収
ブレンドされた光ファイバーは976nmと915nmの波長という非常に強い吸収特性を持っているため、このようなレーザーは主に上記の波長を放射する半導体レーザー（LD）によって励起されます。図2は、800〜1100 nmの分光法の相対吸収率に対する2つの典型的なドープ光ファイバであり、915nmと976nmの近くに顕著な特徴吸収ピークがあります。アルミノシリケートダンピングファイバでの976nmの光波の吸収率は915nmの光波のほぼ3倍であり、ホスホシリケートでの前者の吸収率は後者のほぼ5倍です。このような欠点は異なります。つまり、このようなレーザーは976nm LDポンプ技術を採用して、より高い光光学変換効率を実現しています。同時に、より高い吸収はまた、繊維の長さを効果的に短縮することを意味し、それによって有害な非線形効果をある程度制限します。
図3さまざまなYBイオンエネルギーステップのフォトンディノフ（PD）損失の曲線。
現在、大型作用型希土類ドープファイバーレーザーは、光劣化の問題に直面する必要があります。この問題により、レーザーの出力、安定性、および動作寿命が大幅に低下します。光子の暗さこの現象は、多数のイオンドープファイバーレーザーでも報告されています。この現象は、ガラスマトリックスに生成された色中心が原因であると一般的に考えられています。以前の研究では、405 nmレーザーを使用して、ファイバーに共ドープされたリンを含む、この光子ダクトを解決するための多くの可能な方法が提案されています。。その中で、リンは効果的に抑制できますが、バックグラウンド損失と開口数が増加します。
Koponenチームの以前の研究では、光子が暗くなると、光子の取り込み速度は、イオンのエネルギー状態の反転（YB反転率）である励起ダニの濃度に大きく依存することが示されました。彼らは、光子の摂取率がイオンエネルギー反転率の7倍に比例することを発見しました。図3の図3の時間の経過に伴う光子開始損失の曲線を図3に示します。データは非常に直感的であり、エネルギー反転の増加に伴って光子暗化率が急激に増加します。
図4、976Nmおよび920NMのポンプ条件でのポンプ出力変化曲線としてのYBイオンエネルギー逆流率（標準分散が1％未満の場合、逆転率データは十分に滑らかであると想定します）
ドープされたファイバーのエネルギー状態反転率は、ファイバーの質量、ポンプパワー、光フィードバック、およびポンプ光波長の波長の影響を受けます。適切なポンプ光の波長は、大幅に抑えることができます。エネルギー状態の反転は、特定のポンプ光波長で同じ発光断面積を持つフォトニック吸収の比率として大まかに定義され、ドープされたファイバーのエネルギー状態は、976nmと920nmの2つのポンプ光条件下で取得されます。逆転率は、ポンプ出力の変化に応じて変化します（図4）。最初のFiG2の図2の吸収スペクトルは、976 nmの波長の光の吸収特性が他の波長よりも大幅に強いことを示していますが、976 nmの波長の光は比較的大きいため、最終的にはポンプ光によって得られます。 920nm。状態のより低いエネルギーはより低いです。データは915nmポンプのエネルギー状態の反転を直接示していませんが、976nmポンプ光源は前者よりも強力な反光学サブプロファイリングの可能性があると推測することができました。
976nmポンプ法は、より高い吸収率と光変換効率を備えていますが、ゲインファイバーの長さを効果的に短縮でき、有害なフォトンカナッシュ効果を低減できますが、ファイバー処理と結合における915nmポンプモードと比較して。技術はもっと難しいです。さらに、976nmの範囲で組み込まれたファイバの吸収スペクトルが狭すぎます。ポンプ源の温度変動によって引き起こされる波長変化は、レーザー出力を不安定にする可能性があり、このポンプ技術には、レーザーの熱管理システムに対する非常に厳しい要件があります。このため、ドイツのIPG、米国のCoherent-Rofinのようなレーザーメーカーはごくわずかであり、米国のGWやその他のメーカーは、大規模な産業用レーザーで976nmのポンプ光源を使用しています。
投稿時間：2021年7月27日