Протягом останнього десятиліття, з постійним удосконаленням джерела накачування та структури лазера, технологія волоконного лазера значно покращилася. На основі легованого оптичного волокна (YDF-Laser) широко використовується в промислових, наукових дослідженнях тощо через високу ефективність електрооптичного перетворення, кращу якість і стабільність променя.
Рис1. Спектральна швидкість поглинання різними металевими матеріалами
Сучасні високопотужні одномодові волоконні лазери вже давно можуть легко реалізувати цифрову вихідну оптичну потужність рівня КВт, що робить такі лазери в області обробки металів. За однакових умов світлової потужності, завдяки різній швидкості поглинання, волоконний лазер 1 мікрон на основі дорослого волокна значно покращується, коли CO2-лазер розміром 10 мікрон є ефективнішим, ніж металевий матеріал. На рис.1 наведена спектральна швидкість поглинання різними металевими матеріалами, яку можна побачити з малюнка, що більшість металевого матеріалу за характеристиками поглинання спектра має тенденцію до зменшення зі збільшенням довжини оптичної хвилі. Очевидно, що металевий матеріал міцніший за вихідну довжину хвилі близько 1070 нм відносно вихідної довжини хвилі CO2-лазера на CO2-лазері на 10,6 мкм. Зокрема, швидкість поглинання металевим залізом при довжині хвилі 1070 нм майже в 6 разів нижча, ніж при довжині хвилі 10,6 мкм.
Рис. 2. Відносне поглинання алюмосилікатного та фосфосилікатного (YB) волокна на спектрі 800-1100 нм
Оскільки змішане оптичне волокно має дуже сильну характеристику поглинання з довжиною хвилі 976 нм і 915 нм, такі лазери в основному накачуються напівпровідниковим лазером (LD), який випромінює вищевказану довжину хвилі. На рис. 2 зображено два типових легованих оптичних волокна для відносної швидкості поглинання від 800 до 1100 нм спектроскопії, і є суттєва особливість піку поглинання біля 915 нм і 976 нм. Швидкість поглинання світлових хвиль 976 нм в алюмосилікатному волокні майже втричі перевищує світлову хвилю 915 нм, а швидкість поглинання перших у фосфосилікаті майже в 5 разів більша за другу. Такий недолік є іншим, тобто такі лазери використовують технологію накачування LD 976 нм для досягнення більш високої ефективності світло-оптичного перетворення. У той же час більш високе поглинання також означає ефективно скорочення довжини волокна, тим самим обмежуючи шкідливі нелінійні ефекти до певної міри.
Рис.3. Крива втрати фотонного динаміка (PD) на різних кроках енергії іонів YB.
В даний час великодіючі рідкісноземельні волоконні лазери мають вирішувати проблеми фотодацій. Ця проблема викликає значне зниження вихідної потужності лазера, стабільності та терміну служби. Фотонна темрява. Про це явище також повідомляється у великій кількості волоконних лазерів, легованих іонами. Зазвичай вважається, що це явище викликане центром кольору, що утворюється в скляній матриці. Попередні дослідження запропонували багато можливих способів вирішення цієї фотонної дакти, включаючи спільне легування фосфору у волокні, за допомогою лазера 405 нм, фотовідбілювання, навіть за допомогою високої температури, відбувається відпал фотонного розрізнення фотона. . Серед них, хоча фосфор можна ефективно придушити, втрата фону та числова апертура збільшуються.
Попередні дослідження команди Копонена щодо темніших фотонів показали, що швидкість поглинання фотонів значною мірою залежить від концентрації кліщів збудження, що є зміною енергетичного стану іона (швидкість інверсії YB). Вони виявили, що швидкість поглинання фотонів була пропорційна 7-кратній швидкості реверсії іонної енергії. На рис. 3 наведена крива втрат від фотонів у часі на рис. 3 на рис. 3. Дані дуже інтуїтивно зрозумілі, що швидкість потемніння фотонів різко зростає зі збільшенням реверсування енергії.
Рисунок 4, Зворотна швидкість іонної енергії YB як крива зміни потужності насоса при 976 Нм і 920 НМ в умовах насоса (припустимо, що дані швидкості реверсу є достатньо гладкими, коли стандартна дисперсія менше 1%)
На швидкість зміни енергетичного стану в легованому волокні впливають маса волокна, потужність накачування, світловий зворотний зв’язок і довжина хвилі світлової хвилі накачування. Відповідна світлова довжина хвилі накачування може бути значною мірою придушена. Зміна енергетичного стану приблизно визначається як відношення фотонного поглинання з однаковим поперечним перерізом випромінювання при певній довжині світлової хвилі накачування, а потім енергетичний стан легованого волокна отримується за двох умов освітлення накачування 976 нм і 920 нм. Швидкість реверсу змінюється зі зміною потужності насоса (рис. 4). Хоча спектр поглинання на ФІГ.2 на першому Фіг.2 показує, що характеристики поглинання світла з довжиною хвилі 976 нм значно сильніші, ніж інші довжини хвилі, але оскільки світло з довжиною хвилі 976 нм є відносно великим, його, нарешті, отримують за допомогою світла накачування, ніж у 920 нм. Нижча енергія в стані нижча. Незважаючи на те, що дані безпосередньо не вказували на зміну енергетичного стану накачування 915 нм, все ж можна було припустити, що джерело світла на 976 нм має сильніший потенціал антиоптичного підпрофілювання, ніж попередній.
Хоча метод накачування 976 нм має вищу швидкість поглинання та ефективність перетворення світла, він може ефективно зменшити довжину волокна підсилення, а шкідливий ефект фотонного каналу можна зменшити, але він відносно режиму накачування 915 нм при обробці волокна та з’єднанні. . Технічно складніше. Крім того, спектр поглинання включеного волокна в діапазоні 976 нм занадто вузький. Зміна довжини хвилі, викликана коливанням температури джерела накачування, може призвести до нестабільності вихідної потужності лазера, і ця технологія накачування має дуже суворі вимоги до системи управління тепловою енергією лазера. Через це лише кілька виробників лазерів, як-от німецька IPG, США Coherent-Rofin, американська GW та інші виробники, використовують джерело накачування 976 нм у великомасштабних промислових лазерах.
Час розміщення: 27 липня 2021 р