지난 10 년 동안 펌프 소스 및 레이저 구조의 지속적인 개선으로 파이버 레이저 기술이 크게 향상되었습니다. 도핑된 광섬유(YDF-레이저)를 기반으로 하여 높은 전기-광 변환 효율, 더 나은 빔 품질 및 안정성으로 인해 산업, 과학 연구 등에 널리 사용됩니다.
그림1. 다른 금속 재료의 분광 흡수율
오늘날의 고출력 단일 모드 파이버 레이저는 오랫동안 금속 가공 분야에서 이러한 레이저를 만드는 디지털 KW 수준의 광 출력을 쉽게 구현할 수 있었습니다. 동일한 광 출력 조건에서 흡수율이 다르기 때문에 10미크론의 CO2 레이저가 금속 재료보다 더 효율적일 때 성인 섬유를 기반으로 하는 1미크론 파이버 레이저가 크게 향상됩니다. 그림 1은 서로 다른 금속재료의 분광흡수율을 나타낸 것으로, 스펙트럼의 흡수특성에서 대부분의 금속재료는 광파장이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보이는 것을 그림에서 알 수 있다. 금속 재료는 10.6um의 CO2 레이저에서 CO2 레이저의 출력 파장에 비해 약 1070nm의 출력 파장보다 분명히 더 강력합니다. 특히, 1070nm 파장에서 금속 철의 흡수율은 10.6um 파장 조건보다 거의 6배 더 낮습니다.
그림 2. 800-1100 nm 스펙트럼에서 알루미노실리케이트와 포스포실리케이트(YB) 섬유의 상대 흡수
혼합 광섬유는 976nm 및 915nm 파장의 매우 강한 흡수 특성을 가지므로 이러한 레이저는 주로 위의 파장을 방출하는 반도체 레이저(LD)에 의해 펌핑됩니다. 그림 2는 800 ~ 1100 nm 분광법의 상대 흡수율에 대한 두 개의 도핑된 광섬유이며 915 nm 및 976 nm 근처에서 중요한 특징 흡수 피크가 있습니다. 알루미노실리케이트 덤핑 섬유에서 976nm 광파의 흡수율은 915nm 광파의 거의 3배이고, 포스포실리케이트에서 전자의 흡수율은 후자의 거의 5배입니다. 이러한 단점은 다른데, 이는 이러한 레이저가 976nm LD 펌프 기술을 채택하여 더 높은 광-광 변환 효율을 달성한다는 것을 의미합니다. 동시에 흡수율이 높다는 것은 섬유의 길이를 효과적으로 줄여 유해한 비선형 효과를 어느 정도 제한한다는 의미이기도 합니다.
그림 3 다양한 YB 이온 에너지 단계의 PD(Photon Dinoff) 손실 곡선.
현재, 대형 희토류 도핑 파이버 레이저는 광데이션 문제에 직면해야 합니다. 이 문제는 레이저의 출력, 안정성 및 작업 수명을 크게 감소시킵니다. Photon Darkness 이 현상은 다수의 이온 도핑된 파이버 레이저에서도 보고됩니다. 일반적으로 이러한 현상은 글라스 매트릭스에서 생성된 컬러 센터에 의해 발생하는 것으로 여겨진다. 이전 연구에서는 405nm 레이저를 사용하여 광표백을 사용하여 광섬유에 공동 도핑된 인을 포함하여 이 광자 닥트를 해결할 수 있는 많은 가능한 방법을 제안했으며, 고온을 사용하더라도 광자의 어닐링이 발생합니다. . 그 중 인은 효과적으로 억제할 수 있지만 배경 손실과 개구수는 증가합니다.
더 어두운 광자에 대한 Koponen 팀의 이전 연구는 광자 섭취 속도가 이온의 에너지 상태 반전(YB Inversion Rate)인 여기 진드기의 농도에 크게 의존한다는 것을 보여주었습니다. 그들은 광자 흡수율이 이온 에너지 반전율의 7배에 비례한다는 것을 발견했습니다. 그림 3의 그림 3에서 시간 경과에 따른 광자 유발 손실 곡선이 그림 3에 나와 있습니다. 데이터는 에너지 반전이 증가함에 따라 광자 암화율이 급격히 증가한다는 점에서 매우 직관적입니다.
그림 4, 976 Nm 및 920 NM 펌프 조건에서 펌프 전력 변화 곡선으로서의 YB Ion Energy Reverse Rate (역전율 데이터는 표준 분산이 1% 미만일 때 충분히 매끄럽다고 가정)
도핑된 섬유의 에너지 상태 반전 속도는 섬유의 질량, 펌프 전력, 광 피드백 및 펌프 광 파장의 파장에 의해 영향을 받습니다. 적절한 펌프 광 파장은 크게 크게 억제될 수 있습니다. 에너지 상태 반전은 특정 펌프 광 파장에서 동일한 방출 단면을 갖는 광자 흡수의 비율로 대략 정의되며, 도핑된 섬유의 에너지 상태는 976nm 및 920nm의 두 가지 펌프 광 조건에서 얻어집니다. 역전율은 펌프 동력 변화에 따라 달라집니다(그림 4). 첫 번째 도 2의 도 2의 흡수 스펙트럼은 976nm 파장광의 흡수 특성이 다른 파장에 비해 현저히 강한 것을 나타내지만, 976nm 파장광이 상대적으로 크기 때문에 최종적으로는 도 2에서보다 펌프광에 의해 얻어진다. 920nm. 조건에서 에너지가 낮을수록 낮습니다. 데이터가 915nm 펌프의 에너지 상태 반전을 직접적으로 제공하지는 않았지만, 976nm 펌프 광원이 전자보다 더 강한 안티-옵티컬 서브프로파일링 잠재력을 가지고 있다고 추측하는 것은 여전히 가능했습니다.
976nm 펌프 방식은 더 높은 흡수율과 광 변환 효율을 가지지만 이득 섬유의 길이를 효과적으로 줄일 수 있고 유해한 광자 캐쉬 효과를 줄일 수 있지만 섬유 처리 및 결합에 대한 915nm 펌프 모드에 비해 상대적입니다. . 기술이 더 어렵습니다. 더욱이, 976 nm 범위에서 통합된 섬유의 흡수 스펙트럼은 너무 좁습니다. 펌프 소스의 온도 변동으로 인한 파장 변화로 인해 레이저 출력이 불안정해질 수 있으며 이 펌프 기술은 레이저의 열 관리 시스템에 대한 요구 사항이 매우 엄격합니다. 이 때문에 독일의 IPG, 미국의 Coherent-Rofin과 같은 레이저 제조업체는 소수에 불과하며 미국 GW 및 기타 제조업체는 대규모 산업용 레이저에 976nm 펌프 소스를 사용합니다.
게시 시간: 2021년 7월 27일