Yüksek güçlü fiber lazerlerin teknik evrimi

Yüksek güçlü fiber lazerlerin teknik evrimi

Optimizasyonufiber lazeryapı

1, uzay ışık pompası yapısı

İlk fiber lazerler çoğunlukla optik pompa çıkışını kullanıyordu,lazerÇıkış gücü düşük olduğundan, fiber lazerlerin çıkış gücünü kısa sürede hızla artırmak daha büyük bir zorluktur. 1999 yılında, fiber lazer araştırma ve geliştirme alanının çıkış gücü ilk kez 10.000 watt'ı aştı. Fiber lazerin yapısı esas olarak optik çift yönlü pompalamanın kullanımından oluşuyordu ve bir rezonatör oluşturuyordu. Fiber lazerin eğim verimliliğinin incelenmesiyle %58,3'e ulaşıldı.
Ancak, fiber lazerleri geliştirmek için fiber pompa ışığı ve lazer kuplaj teknolojisinin kullanılması, fiber lazerlerin çıkış gücünü etkili bir şekilde artırabilse de, aynı zamanda optik lensin optik yolu oluşturmasına elverişli olmayan bir karmaşıklık vardır; lazerin optik yolu oluşturma sürecinde hareket ettirilmesi gerektiğinde, optik yolun da yeniden ayarlanması gerekir; bu da optik pompa yapısı fiber lazerlerin geniş uygulama alanını sınırlar.

2, doğrudan osilatör yapısı ve MOPA yapısı

Fiber lazerlerin geliştirilmesiyle birlikte, kaplama güç soyucuları kademeli olarak lens bileşenlerinin yerini almış, fiber lazerlerin geliştirme adımlarını basitleştirmiş ve dolaylı olarak bakım verimliliğini artırmıştır. Bu gelişme eğilimi, fiber lazerlerin giderek daha pratik hale geldiğinin bir göstergesidir. Doğrudan osilatör yapısı ve MOPA yapısı, piyasadaki en yaygın iki fiber lazer yapısıdır. Doğrudan osilatör yapısında, ızgara salınım sürecinde dalga boyunu seçer ve ardından seçilen dalga boyunu çıkış olarak verir. MOPA ise ızgara tarafından seçilen dalga boyunu kaynak ışığı olarak kullanır ve kaynak ışığı birinci seviye yükselticinin etkisi altında yükseltilir, böylece fiber lazerin çıkış gücü de bir miktar iyileşir. Uzun bir süredir, MPOA yapısına sahip fiber lazerler, yüksek güçlü fiber lazerler için tercih edilen yapı olarak kullanılmaktadır. Ancak daha sonraki çalışmalar, bu yapıdaki yüksek güç çıkışının, fiber lazerin içindeki mekansal dağılımın kararsızlığına yol açmasının kolay olduğunu ve çıkış lazer parlaklığının belirli bir ölçüde etkileneceğini, bunun da yüksek güç çıkış etkisine doğrudan etki ettiğini bulmuştur.

Pompalama teknolojisinin gelişmesiyle birlikte

İlk iterbiyum katkılı fiber lazerlerin pompalama dalga boyu genellikle 915 nm veya 975 nm'dir, ancak bu iki pompalama dalga boyu iterbiyum iyonlarının emilim tepe noktalarıdır, bu nedenle doğrudan pompalama olarak adlandırılır. Doğrudan pompalama, kuantum kaybı nedeniyle yaygın olarak kullanılmamıştır. Bant içi pompalama teknolojisi, doğrudan pompalama teknolojisinin bir uzantısıdır; bu teknolojide, pompalama dalga boyu ile iletim dalga boyu arasındaki dalga boyu benzerdir ve bant içi pompalamanın kuantum kayıp oranı, doğrudan pompalamanınkinden daha düşüktür.

Yüksek güçlü fiber lazerteknoloji geliştirme darboğazı

Fiber lazerler askeri, tıbbi ve diğer endüstrilerde yüksek uygulama değerine sahip olsa da, Çin yaklaşık 30 yıllık teknoloji araştırma ve geliştirme çalışmaları sayesinde fiber lazerlerin yaygın kullanımını teşvik etmiştir. Ancak fiber lazerlerin daha yüksek güç çıkışı sağlayabilmesi isteniyorsa, mevcut teknolojide hala birçok darboğaz bulunmaktadır. Örneğin, fiber lazerin çıkış gücünün tek fiberli tek modlu bir lazerde 36,6 kW'a ulaşıp ulaşamayacağı; pompalama gücünün fiber lazer çıkış gücüne etkisi; termal lens etkisinin fiber lazer çıkış gücüne etkisi.

Ek olarak, fiber lazerin daha yüksek güç çıkış teknolojisi araştırmaları, enine modun kararlılığını ve foton karartma etkisini de dikkate almalıdır. Araştırmalar sonucunda, enine mod kararsızlığının etki faktörünün fiber ısınması olduğu ve foton karartma etkisinin esas olarak fiber lazer sürekli olarak yüzlerce watt veya birkaç kilowatt güç ürettiğinde çıkış gücünün hızlı bir düşüş eğilimi göstereceği ve fiber lazerin sürekli yüksek güç çıkışında belirli bir sınırlama olacağı açıkça görülmektedir.

Foton karartma etkisinin spesifik nedenleri henüz net olarak tanımlanmamış olsa da, çoğu kişi oksijen defekti merkezi ve yük transferi emiliminin foton karartma etkisinin oluşumuna yol açabileceğine inanmaktadır. Bu iki faktör göz önüne alındığında, foton karartma etkisini engellemek için aşağıdaki yöntemler önerilmektedir: Yük transferi emilimini önlemek için alüminyum, fosfor vb. gibi malzemeler. Ardından optimize edilmiş aktif fiber test edilip uygulanır. Spesifik standart, birkaç saat boyunca 3 kW güç çıkışı ve 100 saat boyunca 1 kW güç kararlılığı sağlamaktır.