Lielāka jauda, īsāki impulsi un spēcīgāks spilgtums ir nepārtraukta lāzertehnoloģijas izstrāde. Impulsu lāzeru rūpnieciskajā pielietojumā īsiem impulsiem un augstām maksimālām vērtībām ir būtiska ietekme uz materiāla apstrādes efektu. Salīdzinot ar cietvielu lāzeriem, šķiedru lāzeriem ir vairāk priekšrocību vidējā jauda, taču to maksimālā jauda ir ievērojami ierobežota. Ilgu laiku šķiedru impulsu lāzeru impulsa platums ir ierobežots līdz vairāk nekā ns, ar maksimālo vērtību, kas mazāka par 15 kW, un standarts ir 100 ns 1 mJ.
Impulsa maksimālās jaudas palielināšanas metodes
Lāzera impulsu secībā, kas parādīta 1. attēlā, maksimālā jauda ir vienāda ar impulsa enerģiju, kas dalīta ar impulsa platumu. Tāpēc vienādos enerģijas apstākļos impulsa platuma saīsināšana var ievērojami palielināt maksimālo jaudu. Tādos pašos impulsa platuma apstākļos maksimālās vērtības palielināšana var palielināt impulsa enerģiju.
No cietajiem impulsu lāzeriem, kas pašlaik ir galvenajā rūpniecības tirgū, nanosekundes impulsa platuma lāzeru enerģija var sasniegt mJ līmeni. Aprēķinot ar 1mJ enerģiju un 10ns impulsa platumu, maksimālā jauda var sasniegt 100kW. Pikosekundes impulsu lāzeru enerģija ir aptuveni 300 μJ. Aprēķinot pie 10ps, maksimālā jauda var sasniegt 30MW. Femtosekundes impulsu lāzeru enerģija ir 100μJ un impulsa platums ir 500fs, tātad maksimālā jauda sasniedz 200MW. Salīdzinājumam, parasto MOPA nanosekunžu impulsu lāzeru maksimālā jauda ir aptuveni 10 kW, kas ir daudz zemāka nekā cieto lāzeru rādītāji.
Ierobežojošie faktori šķiedru impulsa maksimālās jaudas palielināšanā
Galvenie ierobežojošie faktori ietver piecus elementus: ierobežota kravnesība, ierobežots B integrālis, ierobežota ekstrakcijas efektivitāte, ierobežota staru kūļa kvalitāte un ierobežots polarizācijas stāvoklis. Tajā pašā laikā dažādie dotie fizikālo mehānismu risinājumi pieder pie dažādiem dizaina līmeņiem, tostarp: matricas materiāls, palielināts režīma lauks, vadītā režīma struktūra un polarizācijas struktūra pieder pie šķiedras dizaina līmeņa; gala vāciņa stara izplešanās, režīma ierosme, režīma filtrēšana pieder ierīces konstrukcijas līmenim; sūknēšanas režīms, izolācijas filtrēšana un polarizācijas kontrole pieder vienības konstrukcijas līmenim; palielināts joslas platums, impulsa platuma izvēle, atkārtošanās frekvences izvēle un pastiprinājuma piešķiršana pieder sistēmas konstrukcijas līmenim.
Papildus iepriekšminētajiem pieciem elementiem termiskie efekti, kas jāņem vērā nepārtrauktos lieljaudas šķiedru lāzeros, šeit nav uzskaitīti, jo mūsu izmantotā augstas maksimālās jaudas šķiedru pastiprinātāja vidējā jauda ir daudz zemāka nekā termiskā iedarbība. efektam var būt nozīmīga loma, tāpēc tas šeit netiks apspriests.
Slodzes ietilpību ierobežo lāzera intensitāte. Fiziskais mehānisms ietver ķermeņa bojājumus un virsmas bojājumus. Tostarp no virsmas bojājumiem var izvairīties, izmantojot gala vāciņu tehnoloģiju, un korpusa bojājumus ierobežo šķiedras matricas materiāla īpašības, kas ir ierobežojošais faktors. Parasti gaismas intensitātes slieksnis ir aptuveni 4,75 kW/μm2. Režīma lauka diametram 50 μm atbilstošais bojājuma jaudas slieksnis sasniedz 9,3 MW, kas ir daudz augstāks par impulsa šķiedras lāzera kodola pašreizējo maksimālās jaudas līmeni un augstāks par pašfokusēšanas sliekšņa jaudu. Tāpēc ķermeņa bojājumi šobrīd nav problēma, kas būtu jāņem vērā.
Ekstrakcijas efektivitāti galvenokārt ierobežo spontānās emisijas (ASE) pastiprināšana, daudzpakāpju pastiprinātāja pastiprinājuma sadalījums un impulsa darba cikls posmā. Īpaši zem nanosekundes īsa impulsa pastiprināšanas gadījumā ASE tieši ierobežo impulsa enerģijas un maksimālās jaudas palielināšanos. Tomēr ASE ierobežojumus var nomākt, racionāli projektējot daudzpakāpju pastiprinātājus, optimizējot starppakāpju pastiprinājuma sadali un sūknēšanas metodes un samazinot ASE komponentu, kas tiek pārraidīts uz nākamo posmu, izmantojot spektrālo filtrēšanu un akustiski-optisko filtrēšanu. Saprātīgs pastiprinājuma sadalījums starp pakāpēm var arī palīdzēt nomākt impulsa pastiprinājuma piesātinājuma problēmas un iegūt perfektākas impulsa viļņu formas.
Stara kvalitāti ierobežo un mēra ar staru kūļa kvalitātes koeficientu M2. Lai iegūtu fundamentālā režīma izvadi, galvenais ir nodrošināt vienmodu vai dažu režīmu darbību, izstrādājot optiskā viļņvada režīma struktūru. Pamatojoties uz to, staru kūļa kvalitātes uzlabošanai tiek izmantota režīma ierosmes kontrole dažādu serdes diametru šķiedru saplūšanas laikā un režīma filtrēšanas metodes, piemēram, šķiedru tinums. Pašlaik parastā optiskā šķiedra, kas var garantēt augstas staru kūļa kvalitātes izvadi, ir 30/250, un īpašu optisko šķiedru, piemēram, fotonisko kristālu, kodolu var paplašināt līdz aptuveni 100 μm. Šis režīma lauka izmērs joprojām ir pārāk mazs, salīdzinot ar rūpniecisko cietvielu lāzeru milimetru līmeņa plankuma izmēru. Daudzi vēlāk minētie nelineārie efekti ir saistīti ar B integrāli, kas ir apgriezti proporcionāls režīma lauka laukumam.
Polarizācijas stāvoklis ir ierobežots un mērīts ar polarizācijas pakāpi. Fiziskais mehānisms galvenokārt ir optiskās šķiedras viļņvada polarizācijas īpašības. Parastās dubultā pārklājuma optiskajās šķiedrās lineāri polarizēta gaisma depolarizēsies, un depolarizācijas pakāpe ir jutīga pret liecēm un vides parametriem, tādējādi apgrūtinot stabilas polarizācijas stāvokļa izvades uzturēšanu. Tādos pašos apstākļos polarizētās gaismas maksimālās jaudas slieksnis parasti ir uz pusi mazāks nekā nepolarizētajai gaismai, jo nepolarizēto gaismu var sadalīt divos ortogonālos nepolarizētās gaismas komponentos.
Trešās kārtas nelineāros efektus optiskajās šķiedrās var iedalīt divās kategorijās: viena ir gaismas intensitātes izraisītais refrakcijas indeksa modulācijas efekts, ieskaitot pašfāzes modulāciju (SPM), šķērsfāžu modulāciju (XPM), modulācijas nestabilitāti (MI). , četru viļņu sajaukšana (FWM) un pašfokusēšana (SF); otrs ir neelastīgais gaismas izkliedes efekts, kas ietver enerģijas apmaiņu starp fotoniem un matricas materiāla režģa vibrāciju, tostarp stimulēto Briljuina izkliedi (SBS) un stimulēto Ramana izkliedi (SRS).
Starp tiem augstākā robeža ir atkarīga no pašfokusēšanas sliekšņa, kas ir aptuveni 4MW optisko šķiedru materiāliem. Zem pašfokusēšanas sliekšņa stimulētā Ramana izkliede ir vissvarīgākais ierobežojums, jo Ramana gaismas spektrālās frekvences nobīde salīdzinājumā ar pamatfrekvences gaismu ir pat 60 nm. Pārāk augsti Ramana komponenti nopietni ietekmēs izolatora magnetooptiskā kristāla darbību, kā arī radīs lielu hromatisko aberāciju objektīvam. Attēlā parādīta pašfokusējošā kvēldiega attīstība, kas rodas, kad optiskās šķiedras maksimālā jauda pārsniedz pašfokusēšanas slieksni.
Mūsu adrese
B-1507 Ruiding Mansion, Nr.200 Zhenhua Rd, Xihu District
Tālruņa numurs
0086 181 5840 0345
E-pasts
info@brandnew-china.com
