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 çıkışı kullanıyordu.lazerÇıkış gücü düşük olduğundan, fiber lazerlerin çıkış gücünü kısa sürede hızla artırmak büyük bir zorluk teşkil etmektedir. 1999 yılında, fiber lazer araştırma ve geliştirme alanında çıkış gücü ilk kez 10.000 watt'ı aşmıştır. Fiber lazerin yapısı esas olarak optik çift yönlü pompalama kullanılarak bir rezonatör oluşturulmasına dayanmaktadır ve fiber lazerin eğim verimliliğinin araştırılmasıyla %58,3'e ulaşılmıştır.
Ancak, fiber pompa ışığı ve lazer kuplaj teknolojisinin fiber lazerlerin geliştirilmesinde kullanılması, fiber lazerlerin çıkış gücünü etkili bir şekilde artırabilse de, aynı zamanda karmaşıklık da söz konusudur; bu durum optik merceklerin optik yol oluşturmasına elverişli değildir. Lazerin optik yol oluşturma sürecinde hareket ettirilmesi gerektiğinde, optik yolun da yeniden ayarlanması gerekir; bu da optik pompa yapılı fiber lazerlerin geniş uygulama alanını sınırlamaktadır.

2, doğrudan osilatör yapısı ve MOPA yapısı

Fiber lazerlerin gelişmesiyle birlikte, kaplama güç ayırıcıları kademeli olarak mercek bileşenlerinin yerini alarak fiber lazerlerin geliştirme adımlarını basitleştirmiş ve dolaylı olarak bakım verimliliğini artırmıştır. Bu gelişim trendi, fiber lazerlerin giderek daha kullanışlı hale gelmesini simgelemektedir. Doğrudan osilatör yapısı ve MOPA yapısı, piyasadaki fiber lazerlerin en yaygın iki 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 tohum ışığı olarak kullanır ve tohum ışığı birinci seviye yükselticinin etkisi altında yükseltilir, böylece fiber lazerin çıkış gücü de belirli bir ölçüde artırılır. Uzun bir süre boyunca, yüksek güçlü fiber lazerler için tercih edilen yapı olarak MOPA yapısına sahip fiber lazerler kullanılmıştır. Ancak, daha sonra yapılan çalışmalar, bu yapıda yüksek güç çıkışının fiber lazer içindeki uzamsal dağılımın kararsızlığına kolayca yol açabileceğini ve çıkış lazer parlaklığının belirli bir ölçüde etkileneceğini, bunun da yüksek güç çıkışı etkisi üzerinde doğrudan bir etkiye sahip olduğunu ortaya koymuştur.

Pompalama teknolojisinin gelişmesiyle birlikte

İlk iterbiyum katkılı fiber lazerlerin pompalama dalga boyu genellikle 915nm veya 975nm'dir, ancak bu iki pompalama dalga boyu iterbiyum iyonlarının soğurma tepe noktalarıdır, bu nedenle doğrudan pompalama olarak adlandırılır. Doğrudan pompalama, kuantum kaybı nedeniyle yaygın olarak kullanılmamıştır. Bant içi pompalama teknolojisi, pompalama dalga boyu ile iletim dalga boyu arasındaki dalga boyunun benzer olduğu ve bant içi pompalamanın kuantum kaybı oranının doğrudan pompalamaya göre daha düşük olduğu doğrudan pompalama teknolojisinin bir uzantısıdır.

Yüksek güçlü fiber lazerteknoloji geliştirme darboğazı

Fiber lazerler askeri, tıbbi ve diğer sektörlerde yüksek uygulama değerine sahip olsa da, Çin yaklaşık 30 yıllık teknoloji araştırma ve geliştirme çalışmalarıyla fiber lazerlerin yaygın kullanımını teşvik etmiştir. Ancak fiber lazerlerin daha yüksek güç çıkışı sağlayabilmesi istendiğinde, mevcut teknolojide hala birçok darboğaz bulunmaktadır. Örneğin, fiber lazerin çıkış gücünün tek fiberli tek modlu 36,6 kW'a ulaşabilmesi; pompalama gücünün fiber lazer çıkış gücü üzerindeki etkisi; termal mercek etkisinin fiber lazer çıkış gücü üzerindeki etkisi gibi konular hala sorun teşkil etmektedir.

Ek olarak, fiber lazerin daha yüksek güç çıkış teknolojisi araştırmalarında enine mod kararlılığı ve foton kararma etkisi de dikkate alınmalıdır. Yapılan incelemeler sonucunda, enine mod kararsızlığının etkileyen faktörünün fiber ısınması olduğu ve foton kararma etkisinin ise fiber lazer sürekli olarak yüzlerce watt veya birkaç kilovat güç ürettiğinde çıkış gücünün hızlı bir düşüş eğilimi göstermesi ve fiber lazerin sürekli yüksek güç çıkışında belirli bir sınırlama olması anlamına geldiği açıkça görülmüştür.

Foton kararma etkisinin spesifik nedenleri şu anda net olarak tanımlanmamış olsa da, çoğu kişi oksijen kusur merkezi ve yük transferi emiliminin foton kararma etkisinin oluşmasına yol açabileceğine inanmaktadır. Bu iki faktöre dayanarak, foton kararma etkisini engellemek için aşağıdaki yöntemler önerilmektedir: Alüminyum, fosfor vb. gibi, yük transferi emilimini önlemek için, optimize edilmiş aktif fiber test edilir ve uygulanır; spesifik standart, birkaç saat boyunca 3 kW güç çıkışını ve 100 saat boyunca 1 kW güç çıkışını sabit tutmaktır.