За последнее десятилетие, благодаря постоянному совершенствованию источника накачки и структуры лазера, технология волоконных лазеров значительно улучшилась. На основе легированного оптического волокна (YDF-Laser) широко используется в промышленности, научных исследованиях и т. Д. Благодаря высокой эффективности электрооптического преобразования, лучшему качеству луча и стабильности.
Рисунок 1. Спектральная скорость поглощения различных металлических материалов
Сегодняшние мощные одномодовые волоконные лазеры уже давно могут легко реализовать цифровую выходную оптическую мощность киловаттного уровня, что позволяет использовать такие лазеры в области обработки металлов. При одинаковых условиях выходной мощности из-за разной скорости поглощения волоконный лазер 1 микрон на основе взрослого волокна значительно улучшается, когда CO2-лазер 10 микрон более эффективен, чем металлический материал. На рис. 1 показана спектральная скорость поглощения различных металлических материалов, что можно увидеть из рисунка, что большая часть металлического материала на характеристиках поглощения спектра демонстрирует тенденцию к уменьшению с увеличением длины оптической волны. Металлический материал, очевидно, прочнее, чем длина волны на выходе примерно 1070 нм по сравнению с длиной волны на выходе лазера СО2 при длине волны 10,6 мкм. В частности, скорость поглощения металлического железа при длине волны 1070 нм почти в 6 раз ниже, чем при длине волны 10,6 мкм.
Рис. 2. Относительное поглощение алюмосиликатного и фосфосиликатного (YB) волокна на спектре 800-1100 нм.
Поскольку смешанное оптическое волокно имеет очень сильную характеристику поглощения с длиной волны 976 нм и 915 нм, такие лазеры в основном накачиваются полупроводниковым лазером (LD), который излучает волны с указанной выше длиной волны. На рис. 2 показаны два типичных легированных оптических волокна для спектроскопии с относительными скоростями поглощения от 800 до 1100 нм, и имеется значительный пик поглощения вблизи 915 нм и 976 нм. Скорость поглощения световых волн 976 нм в алюмосиликатном демпфирующем волокне почти в три раза превышает световую волну 915 нм, а скорость поглощения первой в фосфосиликате почти в 5 раз выше, чем у последней. Такой недостаток является другим, что означает, что в таких лазерах используется технология накачки LD с длиной волны 976 нм для достижения более высокой эффективности светооптического преобразования. В то же время более высокое поглощение также означает эффективное уменьшение длины волокна, тем самым в определенной степени ограничивая вредные нелинейные эффекты.
Рис.3 Кривая потерь фотона Dinoff (PD) для различных ступеней энергии иона YB.
В настоящее время волоконные лазеры большого действия, легированные редкоземельными элементами, сталкиваются с проблемами фототехники. Эта проблема вызывает значительное снижение выходной мощности лазера, стабильности и срока службы. Фотонная темнота. Об этом явлении также сообщается в большом количестве волоконных лазеров, легированных ионами. Обычно считается, что это явление вызвано центром окраски в стеклянной матрице. Предыдущие исследования предложили множество возможных способов решения этой проблемы с фотонами, включая совместное легирование фосфором в волокне, использование лазера с длиной волны 405 нм, фотообесцвечивание, даже с использованием высокой температуры, происходит отжиг фотона и уменьшение размеров фотона. . Среди них, хотя фосфор может быть эффективно подавлен, потери фона и числовая апертура увеличены.
Предыдущие исследования группы Копонена на фотоне темнее показали, что скорость поглощения фотона в значительной степени зависит от концентрации возбуждающих клещей, которая представляет собой изменение энергетического состояния иона (скорость инверсии YB). Они обнаружили, что скорость поступления фотонов в 7 раз пропорциональна скорости обращения ионной энергии. Кривая потерь фотонов с течением времени на рис. 3 на рис. 3 приведена на рис. 3. Данные очень интуитивно понятны, что скорость затемнения фотонов резко возрастает с увеличением обращения энергии.
Рис. 4. Скорость реверсирования энергии ионов YB как кривая изменения мощности насоса при 976 Нм и 920 нм. Состояние насоса (Предположим, что данные о скорости реверсирования достаточно гладкие, когда стандартное отклонение составляет менее 1%)
Скорость изменения энергетического состояния в легированном волокне зависит от массы волокна, мощности накачки, световой обратной связи и длины волны света накачки. Подходящая длина волны света накачки может быть в значительной степени подавлена. Инверсия энергетического состояния грубо определяется как отношение фотонного поглощения с одинаковым поперечным сечением излучения на определенной длине волны света накачки, а затем энергетическое состояние легированного волокна получается при двух условиях света накачки: 976 нм и 920 нм. Скорость реверсирования зависит от изменения мощности накачки (рис. 4). Хотя спектр поглощения на фиг. 2 на первом рисунке 2 показывает, что характеристики поглощения света с длиной волны 976 нм значительно сильнее, чем у других длин волн, но поскольку свет с длиной волны 976 нм относительно велик, он, наконец, получается с помощью света накачки, чем в 920 нм. Чем ниже энергия в состоянии, тем ниже. Хотя данные не дают прямого представления об изменении энергетического состояния накачки 915 нм, все же можно было предположить, что источник света накачки 976 нм имеет более сильный антиоптический потенциал суб-профилирования, чем первый.
Хотя метод накачки 976 нм имеет более высокую скорость поглощения и эффективность преобразования света, он может эффективно уменьшить длину волокна усиления, и можно уменьшить вредный эффект фотонного излучения, но по сравнению с режимом накачки 915 нм на обработку волокна и соединение . Технически сложнее. Более того, спектр поглощения встроенного волокна в диапазоне 976 нм слишком узок. Изменение длины волны, вызванное колебаниями температуры источника накачки, может привести к нестабильности выходной мощности лазера, и эта технология накачки предъявляет очень строгие требования к системе управления температурой лазера. Из-за этого только несколько производителей лазеров, такие как IPG в Германии, Coherent-Rofin в США, GW и другие производители в США, используют источники накачки с длиной волны 976 нм в крупномасштабных промышленных лазерах.
Время публикации: июл-27-2021