V zadnjem desetletju se je z nenehnim izboljševanjem vira črpalke in laserske strukture tehnologija laserskih vlaken močno izboljšala. Na osnovi dopiranega optičnega vlakna (YDF-Laser) se pogosto uporablja v industrijskih, znanstvenih raziskavah itd. zaradi visoke učinkovitosti električno-optične pretvorbe, boljše kakovosti in stabilnosti žarka.
Slika 1. Stopnja spektralne absorpcije različnih kovinskih materialov
Današnji visoko zmogljivi laserji z enomodnimi vlakni že dolgo zlahka izvajajo digitalno izhodno moč optične moči na KW nivoju, kar naredi takšne laserje na področju obdelave kovin. Pri enakih pogojih izhodne svetlobne moči je zaradi različne stopnje absorpcije 1 mikronski laser z vlakni, ki temelji na vlaknih za odrasle, bistveno izboljšan, če je CO2 laser 10 mikronov učinkovitejši od kovinskega materiala. Slika 1 prikazuje spektralno absorpcijsko stopnjo različnih kovinskih materialov, kar je razvidno iz slike, da večina kovinskega materiala na absorpcijskih značilnostih spektra kaže tendenco zmanjšanja z naraščanjem optične valovne dolžine. Kovinski material je očitno močnejši od izhodne valovne dolžine približno 1070 nm glede na izhodno valovno dolžino CO2 laserja pri CO2 laserju pri 10,6 um. Zlasti stopnja absorpcije kovinskega železa pod valovno dolžino 1070 nm je skoraj 6-krat nižja od pogojev valovne dolžine 10,6 um.
Slika 2. Relativna absorpcija aluminosilikatnega in fosfosilikatnega (YB) vlakna na spektru 800-1100 nm
Ker ima mešano optično vlakno zelo močno absorpcijsko značilnost valovne dolžine 976 nm in 915 nm, se takšni laserji v glavnem črpajo s polprevodniškim laserjem (LD), ki oddaja zgornjo valovno dolžino. Slika 2 prikazuje dve tipični dopirani optični vlakni za relativne absorpcijske stopnje od 800 do 1100 nm spektroskopije, in obstaja pomemben absorpcijski vrh blizu 915 nm in 976 nm. Stopnja absorpcije svetlobnih valov 976 nm v vlaknu za odlaganje aluminosilikata je skoraj trikrat večja od svetlobnega vala 915 nm, stopnja absorpcije prvega v fosfosilikatu pa je skoraj 5-krat večja od drugega. Takšna pomanjkljivost je drugačna, kar pomeni, da takšni laserji uporabljajo tehnologijo LD črpalke 976 nm za doseganje višje učinkovitosti svetlobno-optične pretvorbe. Hkrati večja absorpcija pomeni tudi učinkovito zmanjšanje dolžine vlakna in s tem do določene mere omeji škodljive nelinearne učinke.
Slika 3 Krivulja izgube fotonskega dinofa (PD) različnih korakov YB ionske energije.
Trenutno se morajo laserji z vlakni z redkimi zemeljskimi vlakni z velikim delovanjem soočiti s fotodacijskimi težavami. Ta težava povzroči znatno zmanjšanje izhodne moči laserja, stabilnosti in življenjske dobe. Fotonska tema O pojavu poročajo tudi v velikem številu laserjev z vlakni, dopiranih z ioni. Na splošno velja, da je ta pojav posledica barvnega središča, ki nastane v stekleni matriki. Prejšnje študije so predlagale veliko možnih načinov za reševanje tega fotonskega dakta, vključno s sodopiranim fosforjem v vlaknu, z uporabo 405 nm laserja, fotobeljenjem, tudi z uporabo visoke temperature, pride do žarjenja fotonskega decimenziranja fotona. . Med njimi, čeprav je fosfor mogoče učinkovito zatreti, se povečata izguba ozadja in številčna zaslonka.
Prejšnje študije ekipe Koponen o temnejših fotonih so pokazale, da je hitrost vnosa fotonov v veliki meri odvisna od koncentracije vzbujevalnih pršic, kar je preobrat energijskega stanja iona (YB Inversion Rate). Ugotovili so, da so bile stopnje vnosa fotonov sorazmerne s 7-kratno hitrostjo obrata ionske energije. Krivulja izgub zaradi fotonov skozi čas na sliki 3 na sliki 3 je podana na sliki 3. Podatki so zelo intuitivni, da se stopnja zatemnitve fotonov močno poveča s povečanjem preobrata energije.
Slika 4, Obratna hitrost ionske energije YB kot krivulja spremembe moči črpalke pod stanjem črpalke 976 Nm in 920 NM (predpostavimo, da so podatki o stopnji obrata dovolj gladki, če je standardna varianca manjša od 1 %)
Na hitrost preobrata energetskega stanja v dopiranem vlaknu vplivajo masa vlakna, moč črpalke, povratna informacija o svetlobi in valovna dolžina valovne dolžine svetlobe črpalke. Ustrezno valovno dolžino svetlobe črpalke je mogoče v veliki meri zatreti. Preobrat energijskega stanja je v grobem opredeljen kot razmerje fotonske absorpcije z enakim presekom emisije pri določeni valovni dolžini svetlobe črpalke, nato pa se energijsko stanje dopiranega vlakna dobi pod dvema svetlobnima pogojema črpalke 976 nm in 920 nm. Stopnja obrata se spreminja s spremembo moči črpalke (slika 4). Čeprav absorpcijski spekter na sliki 2 na prvi sliki 2 kaže, da so absorpcijske značilnosti svetlobe z valovno dolžino 976 nm bistveno močnejše od drugih valovnih dolžin, a ker je svetloba z valovno dolžino 976 nm razmeroma velika, jo končno dobimo s svetlobo črpalke kot v 920 nm. Nižja energija v stanju je nižja. Čeprav podatki niso neposredno dali preobrata energijskega stanja črpalke 915 nm, je bilo še vedno mogoče špekulirati, da ima svetlobni vir črpalke 976 nm močnejši potencial anti-optičnega podprofiliranja kot prejšnji.
Čeprav ima metoda črpalke 976 nm višjo stopnjo absorpcije in učinkovitost pretvorbe svetlobe, lahko učinkovito zmanjša dolžino ojačevalnega vlakna, škodljivi učinek fotonskega kanaha pa je mogoče zmanjšati, vendar je glede na način črpalke 915 nm pri obdelavi in spajanju vlaken . Tehnično je težje. Poleg tega je absorpcijski spekter vgrajenega vlakna v območju 976 nm preozek. Sprememba valovne dolžine, ki jo povzroči temperaturno nihanje vira črpalke, lahko povzroči nestabilno izhodno moč laserja in ta tehnologija črpalke ima zelo stroge zahteve za laserski sistem toplotnega upravljanja. Zaradi tega je le nekaj proizvajalcev laserjev, kot so nemški IPG, ameriški Coherent-Rofin, ameriški GW in drugi proizvajalci, ki uporabljajo vir črpalke 976 nm v velikih industrijskih laserjih.
Čas objave: 27. julij 2021