W ciągu ostatniej dekady, dzięki ciągłemu ulepszaniu źródła pompy i struktury lasera, technologia lasera światłowodowego znacznie się poprawiła. Oparty na domieszkowanym światłowodzie (YDF-Laser) jest szeroko stosowany w badaniach przemysłowych, naukowych itp. Ze względu na wysoką wydajność konwersji elektryczno-optycznej, lepszą jakość wiązki i stabilność.
Ryc.1. Współczynnik absorpcji spektralnej różnych materiałów metalowych
Dzisiejsze jednomodowe lasery światłowodowe dużej mocy od dawna są w stanie łatwo wdrożyć cyfrową moc wyjściową optyczną na poziomie KW, co czyni takie lasery w dziedzinie obróbki metali. W tych samych warunkach mocy wyjściowej światła, ze względu na różną szybkość absorpcji, laser światłowodowy o grubości 1 mikrona oparty na dorosłym włóknie ulega znacznej poprawie, gdy laser CO2 o grubości 10 mikronów jest bardziej wydajny niż materiał metalowy. Rys. 1 przedstawia współczynnik absorpcji spektralnej różnych materiałów metalowych, co można zobaczyć na rysunku, że większość materiału metalowego na charakterystyce absorpcji widma wykazuje tendencję do zmniejszania się wraz ze wzrostem długości fali optycznej. Materiał metalowy jest oczywiście mocniejszy niż wyjściowa długość fali około 1070 nm w stosunku do wyjściowej długości fali lasera CO2 w laserze CO2 przy 10,6 um. W szczególności szybkość absorpcji metalicznego żelaza przy długości fali 1070 nm jest prawie 6 razy mniejsza niż w warunkach długości fali 10,6 µm.
Rys 2. Względna absorpcja włókna glinokrzemianowego i fosfokrzemianowego (YB) w widmie 800-1100 nm
Ponieważ zmieszane światłowód ma bardzo silną charakterystykę absorpcji przy długości fali 976 nm i 915 nm, takie lasery są pompowane głównie przez laser półprzewodnikowy (LD), który emituje fale o powyższej długości. Ryc. 2 to dwa typowe domieszkowane światłowody ze względnymi szybkościami absorpcji spektroskopii 800 do 1100 nm, a pik absorpcji jest znaczący w pobliżu 915 nm i 976 nm. Szybkość absorpcji fal świetlnych 976nm w glinokrzemianowym włóknie odprowadzającym jest prawie trzykrotnie większa od fali świetlnej 915nm, a szybkość absorpcji tych pierwszych w fosfokrzemianach jest prawie pięciokrotnie wyższa. Taka wada jest inna, co oznacza, że takie lasery wykorzystują technologię pompy LD 976 nm, aby osiągnąć wyższą wydajność konwersji światła i optyki. Jednocześnie wyższa absorpcja oznacza również skuteczne skrócenie długości włókna, tym samym ograniczając w pewnym stopniu szkodliwe efekty nieliniowe.
Rys.3 Krzywa utraty fotonu Dinoff (PD) różnych stopni energii jonów YB.
Obecnie lasery światłowodowe o dużym działaniu domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkich muszą stawić czoła problemom związanym z fotodatacją. Problem ten powoduje znaczne zmniejszenie mocy wyjściowej lasera, stabilności i żywotności. Ciemność fotonowa Zjawisko to jest również zgłaszane w dużej liczbie laserów światłowodowych domieszkowanych jonami. Powszechnie uważa się, że zjawisko to jest spowodowane przez centrum barwne wytwarzane w szklanej matrycy. Wcześniejsze badania proponowały wiele możliwych sposobów rozwiązania tego fotonu dakty, w tym współdomieszkowanego fosforu we włóknie, za pomocą lasera 405 nm, fotowybielanie, nawet przy użyciu wysokiej temperatury, następuje wyżarzanie fotonu, decymenacja fotonu. . Wśród nich, chociaż fosfor można skutecznie stłumić, zwiększa się ubytek tła i apertura numeryczna.
Wcześniejsze badania zespołu Koponena nad fotonem ciemniejszym wykazały, że prędkość poboru fotonów w dużej mierze zależy od koncentracji roztoczy wzbudzających, czyli odwrócenia stanu energetycznego jonu (YB Inversion Rate). Odkryli, że szybkość pobierania fotonów była proporcjonalna do 7-krotności szybkości odwrócenia energii jonowej. Krzywa strat spowodowanych fotonami w czasie na ryc. 3 na ryc. 3 jest podana na ryc. 3. Dane są bardzo intuicyjne, że szybkość ciemnienia fotonów gwałtownie wzrasta wraz ze wzrostem odwrócenia energii.
Ryc. 4, YB Prędkość odwracania energii jonów jako krzywa zmiany mocy pompy poniżej 976 Nm i 920 NM Stan pompy (Załóżmy, że dane dotyczące prędkości odwrócenia są wystarczająco gładkie, gdy standardowa wariancja jest mniejsza niż 1%)
Na szybkość odwrócenia stanu energii w domieszkowanym włóknie wpływa masa włókna, moc pompy, sprzężenie zwrotne światła i długość fali światła pompy. Odpowiednia długość fali światła pompy może być w dużym stopniu stłumiona. Odwrócenie stanu energetycznego jest z grubsza zdefiniowane jako stosunek absorpcji fotonicznej przy tym samym przekroju emisji przy określonej długości fali światła pompy, a następnie stan energetyczny domieszkowanego włókna uzyskuje się w dwóch warunkach świetlnych pompy 976 nm i 920 nm. Szybkość odwrócenia zmienia się wraz ze zmianą mocy pompy (rys. 4). Chociaż widmo absorpcji na FIG 2 w pierwszym Fig 2 wskazuje, że charakterystyka absorpcji światła o długości fali 976 nm jest znacznie silniejsza niż w przypadku innych długości fali, ale ponieważ światło o długości fali 976 nm jest stosunkowo duże, ostatecznie uzyskuje się je za pomocą światła pompującego niż w 920 nm. Niższa energia w stanie jest mniejsza. Chociaż dane nie dały bezpośrednio odwrócenia stanu energetycznego pompy 915 nm, nadal można było spekulować, że źródło światła pompy 976 nm ma silniejszy potencjał antyoptyczny podprofilowania niż to pierwsze.
Chociaż metoda pompy 976 nm ma wyższy współczynnik absorpcji i wydajność konwersji światła, może skutecznie zmniejszyć długość włókna wzmacniającego, a szkodliwy efekt kanału fotonowego może zostać zmniejszony, ale jest to związane z trybem pompy 915 nm w obróbce i sprzężeniu włókien . Techniczne jest trudniejsze. Ponadto widmo absorpcji wprowadzonego włókna w zakresie 976 nm jest zbyt wąskie. Zmiana długości fali spowodowana wahaniami temperatury źródła pompy może spowodować niestabilność mocy wyjściowej lasera, a ta technologia pompy ma bardzo rygorystyczne wymagania dotyczące systemu zarządzania ciepłem lasera. Z tego powodu tylko kilku producentów laserów jest takich jak niemiecki IPG, amerykański Coherent-Rofin oraz amerykański GW i inni producenci, którzy używają źródła pompy 976 nm w wielkoskalowych laserach przemysłowych.
Czas publikacji: 27 lipca-2021