تکامل فنی لیزرهای فیبری پرتوان

تکامل فنی لیزرهای فیبری پرتوان

بهینه‌سازیلیزر فیبرساختار

1، ساختار پمپ نور فضا

لیزرهای فیبری اولیه عمدتاً از خروجی پمپ نوری استفاده می‌کردند،لیزرخروجی، توان خروجی آن کم است، به منظور بهبود سریع توان خروجی لیزرهای فیبری در مدت زمان کوتاه، مشکل بیشتری وجود دارد. در سال ۱۹۹۹، توان خروجی لیزر فیبری برای اولین بار از مرز ۱۰۰۰۰ وات عبور کرد. ساختار لیزر فیبری عمدتاً از پمپاژ دو جهته نوری تشکیل شده است که یک رزوناتور را تشکیل می‌دهد و با بررسی شیب، راندمان لیزر فیبری به ۵۸.۳٪ رسید.
با این حال، اگرچه استفاده از نور پمپ فیبری و فناوری کوپلینگ لیزر برای توسعه لیزرهای فیبری می‌تواند به طور مؤثر توان خروجی لیزرهای فیبری را بهبود بخشد، اما در عین حال پیچیدگی‌هایی وجود دارد که برای لنز نوری جهت ساخت مسیر نوری مساعد نیست، به محض اینکه لیزر در فرآیند ساخت مسیر نوری نیاز به جابجایی داشته باشد، مسیر نوری نیز نیاز به تنظیم مجدد دارد که کاربرد گسترده لیزرهای فیبری با ساختار پمپ نوری را محدود می‌کند.

2، ساختار نوسانگر مستقیم و ساختار MOPA

با توسعه لیزرهای فیبری، لایه‌های نازک‌کننده توان روکش به تدریج جایگزین اجزای لنز شده‌اند و مراحل توسعه لیزرهای فیبری را ساده کرده و به طور غیرمستقیم راندمان نگهداری لیزرهای فیبری را بهبود می‌بخشند. این روند توسعه، نمادی از کاربردی شدن تدریجی لیزرهای فیبری است. ساختار نوسانگر مستقیم و ساختار MOPA دو ساختار رایج لیزرهای فیبری موجود در بازار هستند. ساختار نوسانگر مستقیم به این صورت است که توری در فرآیند نوسان، طول موج را انتخاب می‌کند و سپس طول موج انتخاب شده را به خروجی می‌دهد، در حالی که MOPA از طول موج انتخاب شده توسط توری به عنوان نور اولیه استفاده می‌کند و نور اولیه تحت عمل تقویت‌کننده سطح اول تقویت می‌شود، بنابراین توان خروجی لیزر فیبری نیز تا حدودی بهبود می‌یابد. برای مدت طولانی، لیزرهای فیبری با ساختار MPOA به عنوان ساختار ترجیحی برای لیزرهای فیبری پرقدرت استفاده شده‌اند. با این حال، مطالعات بعدی نشان داده‌اند که خروجی توان بالا در این ساختار به راحتی می‌تواند منجر به ناپایداری توزیع فضایی درون لیزر فیبر شود و روشنایی لیزر خروجی تا حدی تحت تأثیر قرار گیرد که این امر نیز تأثیر مستقیمی بر اثر خروجی توان بالا دارد.

با توسعه فناوری پمپاژ

طول موج پمپاژ لیزر فیبری اولیه آلاییده با ایتربیوم معمولاً 915 نانومتر یا 975 نانومتر است، اما این دو طول موج پمپاژ، پیک‌های جذب یون‌های ایتربیوم هستند، بنابراین پمپاژ مستقیم نامیده می‌شوند. پمپاژ مستقیم به دلیل اتلاف کوانتومی به طور گسترده مورد استفاده قرار نگرفته است. فناوری پمپاژ درون باندی، توسعه‌ای از فناوری پمپاژ مستقیم است که در آن طول موج بین طول موج پمپاژ و طول موج فرستنده مشابه است و نرخ اتلاف کوانتومی پمپاژ درون باندی کمتر از پمپاژ مستقیم است.

لیزر فیبری با توان بالاگلوگاه توسعه فناوری

اگرچه لیزرهای فیبری از ارزش کاربردی بالایی در صنایع نظامی، پزشکی و سایر صنایع برخوردارند، چین طی نزدیک به 30 سال تحقیق و توسعه فناوری، کاربرد گسترده لیزرهای فیبری را ارتقا داده است، اما اگر بخواهیم لیزرهای فیبری با توان خروجی بالاتر تولید کنیم، هنوز تنگناهای زیادی در فناوری موجود وجود دارد. به عنوان مثال، اینکه آیا توان خروجی لیزر فیبری می‌تواند به 36.6 کیلووات تک حالته تک فیبری برسد یا خیر؛ تأثیر توان پمپاژ بر توان خروجی لیزر فیبری؛ تأثیر اثر لنز حرارتی بر توان خروجی لیزر فیبری.

علاوه بر این، تحقیقات در مورد فناوری خروجی توان بالاتر لیزر فیبری باید پایداری مد عرضی و اثر تیره شدن فوتون را نیز در نظر بگیرد. از طریق بررسی‌ها، مشخص شده است که عامل مؤثر در ناپایداری مد عرضی، گرمایش فیبر است و اثر تیره شدن فوتون عمدتاً به این اشاره دارد که وقتی لیزر فیبری به طور مداوم صدها وات یا چندین کیلووات توان تولید می‌کند، توان خروجی روند کاهشی سریعی را نشان می‌دهد و درجه خاصی از محدودیت در خروجی توان بالای پیوسته لیزر فیبری وجود دارد.

اگرچه علل خاص اثر تیره شدن فوتون در حال حاضر به روشنی تعریف نشده است، اما اکثر مردم معتقدند که مرکز نقص اکسیژن و جذب انتقال بار می‌توانند منجر به وقوع اثر تیره شدن فوتون شوند. با توجه به این دو عامل، روش‌های زیر برای مهار اثر تیره شدن فوتون پیشنهاد شده است. مانند آلومینیوم، فسفر و غیره، به طوری که از جذب انتقال بار جلوگیری شود، و سپس فیبر فعال بهینه شده آزمایش و اعمال می‌شود، استاندارد خاص حفظ خروجی توان 3 کیلووات برای چند ساعت و حفظ خروجی پایدار توان 1 کیلووات برای 100 ساعت است.