Trong suốt một thập kỷ qua, với sự cải tiến không ngừng của nguồn bơm và cấu trúc laser, công nghệ laser sợi quang đã có nhiều cải tiến vượt bậc. Dựa trên sợi quang pha tạp (YDF-Laser) được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, nghiên cứu khoa học, ... vì hiệu suất chuyển đổi điện-quang cao, chất lượng chùm tia tốt hơn và ổn định.
Hình 1. Tỷ lệ hấp thụ quang phổ của các vật liệu kim loại khác nhau
Các laser sợi quang đơn mode công suất cao ngày nay từ lâu đã có thể dễ dàng thực hiện đầu ra công suất quang kỹ thuật số mức KW, điều này tạo ra các laser như vậy trong lĩnh vực gia công kim loại. Trong cùng điều kiện công suất phát ánh sáng, do tỷ lệ hấp thụ khác nhau, laser sợi 1 micron dựa trên sợi trưởng thành được cải thiện đáng kể khi laser CO2 10 micron hiệu quả hơn vật liệu kim loại. Hình 1 đưa ra tốc độ hấp thụ quang phổ của các vật liệu kim loại khác nhau, qua hình vẽ có thể thấy hầu hết các vật liệu kim loại trên đặc điểm hấp thụ của quang phổ có xu hướng giảm khi bước sóng quang học tăng lên. Vật liệu kim loại rõ ràng là mạnh hơn bước sóng đầu ra khoảng 1070 nm so với bước sóng đầu ra của laser CO2 ở laser CO2 ở 10,6um. Đặc biệt, tốc độ hấp thụ của kim loại sắt dưới bước sóng 1070 nm thấp hơn gần 6 lần so với điều kiện bước sóng 10,6um.
Hình 2. Sự hấp thụ tương đối của sợi aluminosilicat và photphosilicat (YB) trên phổ 800-1100 nm
Vì sợi quang pha trộn có đặc tính hấp thụ rất mạnh ở bước sóng 976 nm và 915 nm, những tia laser như vậy chủ yếu được bơm bởi một tia laser bán dẫn (LD) phát ra bước sóng trên. Hình 2 là hai sợi quang học pha tạp điển hình với tốc độ hấp thụ tương đối của quang phổ 800 đến 1100 nm, và có một đỉnh hấp thụ đặc trưng đáng kể gần 915 nm và 976 nm. Tốc độ hấp thụ của sóng ánh sáng 976nm trong sợi đổ aluminosilicat gần gấp ba lần so với sóng ánh sáng 915 nm, và tốc độ hấp thụ của sóng ánh sáng trước đây trong photphosilicat gần gấp 5 lần so với tốc độ hấp thụ của sóng ánh sáng trước đây trong photphosilicat gần 5 lần. Một nhược điểm như vậy là khác, có nghĩa là những tia laser như vậy áp dụng công nghệ bơm LD 976nm để đạt được hiệu quả chuyển đổi quang học ánh sáng cao hơn. Đồng thời, khả năng hấp thụ cao hơn cũng đồng nghĩa với việc giảm độ dài của sợi một cách hiệu quả, do đó hạn chế các tác động phi tuyến có hại ở một mức độ nhất định.
Hình 3 Đường cong của sự chênh lệch phôtôn (PD) Mất đi các bước năng lượng ion YB khác nhau.
Hiện tại, các laser sợi quang pha tạp đất hiếm tác dụng lớn cần phải đối mặt với các vấn đề về điều chế quang học. Sự cố này làm giảm đáng kể công suất đầu ra của tia laser, độ ổn định và tuổi thọ làm việc. Bóng tối photon Hiện tượng này cũng được báo cáo trong một số lượng lớn laser sợi quang pha tạp ion. Người ta thường coi hiện tượng này là do trung tâm màu được tạo ra trong ma trận thủy tinh. Các nghiên cứu trước đây đã đề xuất rất nhiều cách khả thi để giải quyết vấn đề dacte photon này, bao gồm đồng pha tạp phốt pho trong sợi quang, sử dụng laser 405 nm, tẩy trắng quang học, thậm chí sử dụng nhiệt độ cao, xảy ra quá trình ủ phân rã photon của photon. . Trong số đó, mặc dù phốt pho có thể được ngăn chặn một cách hiệu quả, nhưng khả năng mất nền và khẩu độ số vẫn tăng lên.
Các nghiên cứu trước đây của nhóm Koponen, trên photon tối hơn cho thấy vận tốc thu nhận photon phụ thuộc phần lớn vào nồng độ của mạt kích thích, là sự đảo ngược trạng thái năng lượng của ion (YB Inversion Rate). Họ phát hiện ra rằng tốc độ hấp thụ photon tỷ lệ với 7 lần trong tốc độ đảo ngược năng lượng ion. Một đường cong của sự mất mát liên quan đến photon theo thời gian trong Hình 3 trong Hình 3 được đưa ra trong Hình 3. Dữ liệu rất trực quan rằng tốc độ phát sáng của photon tăng mạnh cùng với sự gia tăng của sự đảo ngược năng lượng.
Hình 4, Tỷ lệ đảo ngược năng lượng ion YB khi đường cong thay đổi công suất máy bơm dưới 976 Nm và Điều kiện máy bơm 920 NM (Giả sử rằng dữ liệu tỷ lệ đảo ngược đủ mượt khi phương sai tiêu chuẩn nhỏ hơn 1%)
Tốc độ đảo ngược trạng thái năng lượng trong sợi pha tạp bị ảnh hưởng bởi khối lượng của sợi, công suất bơm, phản hồi ánh sáng và bước sóng của bước sóng ánh sáng bơm. Bước sóng ánh sáng bơm thích hợp có thể bị triệt tiêu ở một mức độ lớn. Sự đảo ngược trạng thái năng lượng được định nghĩa một cách đại khái là tỷ lệ hấp thụ quang tử với cùng tiết diện phát xạ tại một bước sóng ánh sáng bơm nhất định, và sau đó trạng thái năng lượng của sợi pha tạp thu được trong hai điều kiện ánh sáng bơm là 976 nm và 920 nm. Tỷ lệ đảo chiều thay đổi theo sự thay đổi công suất máy bơm (Hình 4). Mặc dù phổ hấp thụ trong hình 2 trong FiG 2 đầu tiên chỉ ra rằng đặc điểm hấp thụ của ánh sáng có bước sóng 976nm mạnh hơn đáng kể so với các bước sóng khác, nhưng vì ánh sáng có bước sóng 976nm tương đối lớn nên cuối cùng nó thu được bằng ánh sáng bơm hơn là trong 920 nm. Năng lượng thấp hơn trong điều kiện thấp hơn. Mặc dù dữ liệu không trực tiếp đưa ra sự đảo ngược trạng thái năng lượng của máy bơm 915 nm, nhưng vẫn có thể suy đoán rằng nguồn sáng của máy bơm 976nm có tiềm năng phản quang phụ mạnh hơn so với nguồn sáng trước đây.
Mặc dù phương pháp bơm 976nm có tỷ lệ hấp thụ và hiệu suất chuyển đổi ánh sáng cao hơn, nó có thể làm giảm độ dài của sợi khuếch đại một cách hiệu quả và có thể giảm hiệu ứng canache photon có hại, nhưng so với chế độ bơm 915 nm đối với việc xử lý và ghép nối sợi quang . Kỹ thuật khó hơn. Hơn nữa, phổ hấp thụ của sợi kết hợp trong phạm vi 976 nm quá hẹp. Sự thay đổi bước sóng gây ra bởi sự dao động nhiệt độ của nguồn bơm có thể làm cho công suất phát tia laser không ổn định, và công nghệ bơm này có yêu cầu rất nghiêm ngặt về hệ thống quản lý nhiệt của tia laser. Do đó, chỉ có một số nhà sản xuất laser như IPG của Đức, United States-Rofin, US GW và các nhà sản xuất khác sử dụng nguồn bơm 976 nm trong laser công nghiệp quy mô lớn.
Thời gian đăng: 27-07-2021