გასული ათწლეულის განმავლობაში, ტუმბოს წყაროს და ლაზერული სტრუქტურის უწყვეტი გაუმჯობესებით, ბოჭკოვანი ლაზერული ტექნოლოგია მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა. დოპირებული ოპტიკური ბოჭკოების (YDF-Laser) საფუძველზე ფართოდ გამოიყენება სამრეწველო, სამეცნიერო კვლევებში და ა.შ. მაღალი ელექტრო-ოპტიკური კონვერტაციის ეფექტურობის, სხივის უკეთესი ხარისხის და სტაბილურობის გამო.
ნახ1. სხვადასხვა ლითონის მასალების სპექტრული შთანთქმის სიჩქარე
დღევანდელი მაღალი სიმძლავრის ერთრეჟიმიანი ბოჭკოვანი ლაზერები დიდი ხანია ახერხებენ ციფრული KW დონის ოპტიკური სიმძლავრის გამომუშავების მარტივად განხორციელებას, რაც ასეთ ლაზერებს ლითონის დამუშავების სფეროში ქმნის. სინათლის გამომავალი სიმძლავრის იმავე პირობებში, განსხვავებული შთანთქმის სიჩქარის გამო, 1 მიკრონიანი ბოჭკოვანი ლაზერი, რომელიც დაფუძნებულია ზრდასრულ ბოჭკოზე, მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულია, როდესაც CO2 ლაზერი 10 მიკრონი უფრო ეფექტურია, ვიდრე ლითონის მასალა. ნახაზი 1 იძლევა სხვადასხვა ლითონის მასალის შთანთქმის სპექტრულ სიჩქარეს, რაც ჩანს ფიგურიდან, რომ სპექტრის შთანთქმის მახასიათებლებზე ლითონის მასალის უმეტესობა ავლენს შემცირების ტენდენციას ოპტიკური ტალღის სიგრძის გაზრდისას. ლითონის მასალა აშკარად უფრო ძლიერია ვიდრე გამომავალი ტალღის სიგრძე დაახლოებით 1070 ნმ CO2 ლაზერის გამომავალი ტალღის სიგრძესთან შედარებით CO2 ლაზერზე 10,6 უმ. კერძოდ, ლითონის რკინის შთანთქმის სიჩქარე 1070 ნმ ტალღის სიგრძეზე თითქმის 6-ჯერ დაბალია, ვიდრე 10,6 უმ ტალღის სიგრძის პირობებში.
ნახ 2. ალუმინის სილიკატის და ფოსფოსილიკატური (YB) ბოჭკოს შედარებითი აბსორბცია 800-1100 ნმ სპექტრზე
იმის გამო, რომ შერეულ ოპტიკურ ბოჭკოს აქვს ძალიან ძლიერი შთანთქმის დამახასიათებელი 976 ნმ და 915 ნმ ტალღის სიგრძე, ასეთი ლაზერები ძირითადად ტუმბოს ნახევარგამტარული ლაზერით (LD), რომელიც ასხივებს ზემოთ მოცემულ ტალღის სიგრძეს. ნახაზი 2 არის ორი ტიპიური დოპირებული ოპტიკური ბოჭკო შედარებით შთანთქმის სიჩქარით 800-დან 1100 ნმ-მდე სპექტროსკოპიით, და არსებობს მნიშვნელოვანი მახასიათებლის შთანთქმის პიკი 915 ნმ და 976 ნმ-თან ახლოს. 976 ნმ სინათლის ტალღების შთანთქმის სიჩქარე ალუმინოსილიკატის გადაყრის ბოჭკოში თითქმის სამჯერ აღემატება სინათლის ტალღას 915 ნმ, ხოლო პირველის შთანთქმის სიჩქარე ფოსფოსილიკატში თითქმის 5-ჯერ აღემატება ამ უკანასკნელს. ასეთი მინუსი განსხვავებულია, რაც იმას ნიშნავს, რომ ასეთი ლაზერები იღებენ 976 ნმ LD ტუმბოს ტექნოლოგიას, რათა მიაღწიონ უფრო მაღალი სინათლის ოპტიკური კონვერტაციის ეფექტურობას. ამავდროულად, უფრო მაღალი შთანთქმა ასევე ნიშნავს ბოჭკოს სიგრძის ეფექტურად შემცირებას, რითაც გარკვეულწილად ზღუდავს მავნე არაწრფივ ეფექტებს.
ნახ.3 ფოტონის დინოფის მრუდი (PD) YB იონური ენერგიის სხვადასხვა საფეხურების დაკარგვა.
ამჟამად, დიდი მოქმედების იშვიათი დედამიწის დოპირებული ბოჭკოვანი ლაზერები საჭიროებენ ფოტოდატაციურ პრობლემებს. ეს პრობლემა იწვევს ლაზერის გამომავალი სიმძლავრის მნიშვნელოვან შემცირებას, სტაბილურობას და მუშაობის ხანგრძლივობას. ფოტონის სიბნელე ეს ფენომენი ასევე დაფიქსირებულია იონ-დოპირებული ბოჭკოვანი ლაზერების დიდ რაოდენობაში. ზოგადად მიჩნეულია, რომ ეს ფენომენი გამოწვეულია შუშის მატრიცაში წარმოქმნილი ფერის ცენტრით. წინა კვლევებმა შესთავაზა მრავალი შესაძლო გზა ამ ფოტონის დაქტის გადასაჭრელად, მათ შორის ბოჭკოში შემავალი ფოსფორი, 405 ნმ ლაზერის გამოყენებით, ფოტოგათეთრება, მაღალი ტემპერატურის გამოყენებითაც კი, ხდება ფოტონის დაშლა. . მათ შორის, მიუხედავად იმისა, რომ ფოსფორის ეფექტურად ჩახშობა შესაძლებელია, ფონის დაკარგვა და რიცხვითი დიაფრაგმა იზრდება.
კოპონენის გუნდის წინა კვლევებმა აჩვენა, რომ ფოტონის მიღების სიჩქარე დიდწილად დამოკიდებულია აგზნების ტკიპების კონცენტრაციაზე, რაც არის იონის ენერგეტიკული მდგომარეობის შებრუნება (YB ინვერსიის სიჩქარე). მათ აღმოაჩინეს, რომ ფოტონების მიღების სიჩქარე პროპორციული იყო იონური ენერგიის შებრუნების სიჩქარის 7-ჯერ. დროთა განმავლობაში ფოტონიდან გამოწვეული დანაკარგების მრუდი 3-ზე მოცემულია ნახ 3-ში. მონაცემები ძალიან ინტუიციურია, რომ ფოტონის ჩაბნელების სიჩქარე მკვეთრად იზრდება ენერგიის უკუქცევის მატებასთან ერთად.
ნახ. 4, YB იონის ენერგიის უკუ სიხშირე, როგორც ტუმბოს სიმძლავრის ცვლილების მრუდი 976 ნმ და 920 ნმ ტუმბოს მდგომარეობის პირობებში (დავუშვათ, რომ შებრუნების სიჩქარის მონაცემები საკმარისად გლუვია, როდესაც სტანდარტული დისპერსიონი 1%-ზე ნაკლებია.
დოპირებული ბოჭკოში ენერგეტიკული მდგომარეობის შებრუნების სიჩქარეზე გავლენას ახდენს ბოჭკოს მასა, ტუმბოს სიმძლავრე, სინათლის უკუკავშირი და ტუმბოს სინათლის ტალღის სიგრძის ტალღის სიგრძე. ტუმბოს შესაფერისი სინათლის ტალღის სიგრძე შეიძლება დიდწილად დათრგუნული იყოს. ენერგეტიკული მდგომარეობის უკუქცევა უხეშად განისაზღვრება, როგორც ფოტონიკური შთანთქმის თანაფარდობა იგივე ემისიის ჯვარედინი განყოფილებით ტუმბოს სინათლის ტალღის გარკვეულ სიგრძეზე და შემდეგ დოპირებული ბოჭკოს ენერგეტიკული მდგომარეობა მიიღება ორი ტუმბოს სინათლის პირობებში 976 ნმ და 920 ნმ. შებრუნების სიჩქარე იცვლება ტუმბოს სიმძლავრის ცვლილების მიხედვით (ნახ 4). მიუხედავად იმისა, რომ შთანთქმის სპექტრი 2-ში პირველ ნახატ 2-ში მიუთითებს, რომ 976 ნმ ტალღის სიგრძის სინათლის შთანთქმის მახასიათებლები მნიშვნელოვნად უფრო ძლიერია, ვიდრე სხვა ტალღის სიგრძე, მაგრამ რადგან 976 ნმ ტალღის სიგრძის შუქი შედარებით დიდია, ის საბოლოოდ მიიღება ტუმბოს შუქით, ვიდრე 920 ნმ. ქვედა ენერგია მდგომარეობაში დაბალია. მიუხედავად იმისა, რომ მონაცემებმა პირდაპირ არ აჩვენა 915 ნმ ტუმბოს ენერგეტიკული მდგომარეობის შეცვლა, მაინც შესაძლებელი იყო ვარაუდი, რომ 976 ნმ ტუმბოს სინათლის წყაროს აქვს უფრო ძლიერი ანტიოპტიკური ქვეპროფილის პოტენციალი, ვიდრე პირველს.
მიუხედავად იმისა, რომ 976 ნმ ტუმბოს მეთოდს აქვს უფრო მაღალი შთანთქმის სიჩქარე და სინათლის გარდაქმნის ეფექტურობა, მას შეუძლია ეფექტურად შეამციროს მომატებული ბოჭკოების სიგრძე და შეიძლება შემცირდეს მავნე ფოტონის კანაშის ეფექტი, მაგრამ ის შედარებით 915 ნმ ტუმბოს რეჟიმთან ბოჭკოების დამუშავებასა და შეერთებაზე. . ტექნიკური უფრო რთულია. უფრო მეტიც, ჩართული ბოჭკოების შთანთქმის სპექტრი 976 ნმ დიაპაზონში ძალიან ვიწროა. ტუმბოს წყაროს ტემპერატურის მერყეობით გამოწვეული ტალღის სიგრძის ცვლილებამ შეიძლება გამოიწვიოს ლაზერის გამომავალი სიმძლავრის არასტაბილურობა და ამ ტუმბოს ტექნოლოგიას აქვს ძალიან მკაცრი მოთხოვნები ლაზერის თერმული მართვის სისტემის მიმართ. ამის გამო, მხოლოდ რამდენიმე ლაზერის მწარმოებელია ისეთი, როგორიც არის გერმანიის IPG, შეერთებული შტატების Coherent-Rofin და აშშ GW და სხვა მწარმოებლები იყენებენ 976 ნმ ტუმბოს წყაროს ფართომასშტაბიანი სამრეწველო ლაზერებში.
გამოქვეყნების დრო: ივლის-27-2021