Počas posledného desaťročia, s neustálym zlepšovaním zdroja čerpadla a laserovej štruktúry, sa technológia vláknového lasera výrazne zlepšila. Na základe dopovaného optického vlákna (YDF-Laser) sa široko používa v priemysle, vedeckom výskume atď. z dôvodu vysokej účinnosti elektricko-optickej konverzie, lepšej kvality a stability lúča.
Obr. Spektrálna miera absorpcie rôznych kovových materiálov
Dnešné vysokovýkonné jednovidové vláknové lasery už dlho dokážu jednoducho implementovať digitálny optický výkon na úrovni KW, čo robí takéto lasery v oblasti spracovania kovov. Za rovnakých podmienok svetelného výkonu, v dôsledku rozdielnej miery absorpcie, je 1 mikrónový vláknový laser založený na vlákne pre dospelých výrazne vylepšený, keď je CO2 laser 10 mikrónov účinnejší ako kovový materiál. Obr. 1 udáva spektrálnu rýchlosť absorpcie rôznych kovových materiálov, čo je možné vidieť z obrázku, že väčšina kovového materiálu na absorpčných charakteristikách spektra vykazuje tendenciu klesať so zvyšujúcou sa optickou vlnovou dĺžkou. Kovový materiál je zjavne silnejší ako výstupná vlnová dĺžka približne 1070 nm v porovnaní s výstupnou vlnovou dĺžkou CO2 lasera pri CO2 laseri pri 10,6 um. Najmä rýchlosť absorpcie kovového železa pri vlnovej dĺžke 1070 nm je takmer 6-krát nižšia ako pri vlnovej dĺžke 10,6 um.
Obr 2. Relatívna absorpcia hlinitokremičitanového a fosfosilikátového (YB) vlákna v spektre 800-1100 nm
Pretože zmiešané optické vlákno má veľmi silnú absorpčnú charakteristiku vlnovej dĺžky 976 nm a 915 nm, takéto lasery sú čerpané hlavne polovodičovým laserom (LD), ktorý vyžaruje vyššie uvedenú vlnovú dĺžku. Obr. 2 sú dve typické dopované optické vlákna s relatívnymi absorpčnými rýchlosťami 800 až 1100 nm spektroskopie a je tu významný absorpčný vrchol blízko 915 nm a 976 nm. Miera absorpcie 976 nm svetelných vĺn v hlinitokremičitanovom tlmivom vlákne je takmer trojnásobkom svetelnej vlny 915 nm a rýchlosť absorpcie prvej vo fosfosilikáte je takmer 5-násobkom druhej. Takáto nevýhoda je iná, čo znamená, že takéto lasery využívajú technológiu 976nm LD pumpy na dosiahnutie vyššej účinnosti svetelno-optickej konverzie. Vyššia absorpcia zároveň znamená efektívne skrátiť dĺžku vlákna, čím sa do určitej miery obmedzia škodlivé nelineárne účinky.
Obr. 3 Krivka straty fotónových Dinoff (PD) rôznych krokov YB iónovej energie.
V súčasnosti musia veľkoplošné lasery dopované vzácnymi zeminami čeliť problémom s fotodáciou. Tento problém spôsobuje výrazné zníženie výstupného výkonu lasera, stability a životnosti. Fotónová tma Tento jav je zaznamenaný aj vo veľkom počte iónovo dopovaných vláknových laserov. Vo všeobecnosti sa predpokladá, že tento jav je spôsobený farebným centrom vytvoreným v sklenenej matrici. Predchádzajúce štúdie navrhli veľa možných spôsobov riešenia tohto fotónového daktu, vrátane ko-dopovaného fosforu vo vlákne, pomocou 405 nm lasera, fotobielenia, dokonca aj pri použití vysokej teploty, dochádza k žíhaniu fotónu decimenzovaním fotónu. . Medzi nimi, aj keď možno účinne potlačiť fosfor, strata pozadia a numerická apertúra sa zvyšujú.
Predchádzajúce štúdie tímu Koponen na tmavšom fotóne ukázali, že rýchlosť príjmu fotónov závisí vo veľkej miere od koncentrácie excitačných roztočov, čo je obrátenie energetického stavu iónu (YB Inversion Rate). Zistili, že rýchlosť príjmu fotónov bola úmerná 7-násobku rýchlosti zvratu iónovej energie. Krivka strát spôsobených fotónmi v priebehu času na obr. 3 na obr. 3 je uvedená na obr. 3. Údaje sú veľmi intuitívne, že miera stmavnutia fotónov sa prudko zvyšuje so zvyšujúcim sa obratom energie.
Obrázok 4, Obrátená rýchlosť iónovej energie YB ako krivka zmeny výkonu čerpadla pod 976 Nm a 920 NM Stav čerpadla (Predpokladajme, že údaje o rýchlosti spätného chodu sú dostatočne hladké, keď je štandardný rozptyl menší ako 1 %)
Rýchlosť obrátenia energetického stavu v dopovanom vlákne je ovplyvnená hmotnosťou vlákna, výkonom pumpy, spätnou väzbou svetla a vlnovou dĺžkou vlnovej dĺžky svetla pumpy. Vhodná vlnová dĺžka svetla pumpy môže byť do značnej miery potlačená. Obrátenie energetického stavu je zhruba definované ako pomer fotonickej absorpcie s rovnakým emisným prierezom pri určitej vlnovej dĺžke svetla pumpy a potom sa energetický stav dopovaného vlákna získa pri dvoch podmienkach osvetlenia pumpy 976 nm a 920 nm. Rýchlosť spätného chodu sa mení so zmenou výkonu čerpadla (obr. 4). Hoci absorpčné spektrum na obr. 2 na prvom obr. 2 naznačuje, že absorpčná charakteristika svetla s vlnovou dĺžkou 976 nm je výrazne silnejšia ako svetlo s vlnovou dĺžkou 976 nm, ale pretože svetlo s vlnovou dĺžkou 976 nm je relatívne veľké, nakoniec sa získa svetlom pumpy ako v 920 nm. Nižšia energia v stave je nižšia. Hoci údaje priamo neposkytli zmenu energetického stavu 915nm pumpy, stále bolo možné špekulovať, že 976nm pumpa svetelný zdroj má silnejší antioptický subprofilovací potenciál ako prvý.
Hoci metóda 976nm pumpy má vyššiu rýchlosť absorpcie a účinnosť premeny svetla, môže účinne skrátiť dĺžku vlákna so ziskom a škodlivý efekt fotónového canache je možné znížiť, ale je to v porovnaní s režimom pumpy 915 nm pri úprave a spájaní vlákien. . Technicky je to náročnejšie. Navyše absorpčné spektrum zabudovaného vlákna v rozsahu 976 nm je príliš úzke. Zmena vlnovej dĺžky spôsobená kolísaním teploty zdroja pumpy môže spôsobiť nestabilitu výstupného výkonu lasera a táto technológia pumpy má veľmi prísne požiadavky na systém riadenia teploty lasera. Z tohto dôvodu je len niekoľko výrobcov laserov ako nemecký IPG, Spojené štáty Coherent-Rofin a americký GW a ďalší výrobcovia používajú 976 nm pumpový zdroj vo veľkých priemyselných laseroch.
Čas odoslania: 27. júla 2021