Technický vývoj vysoce výkonných vláknových laserů

Technický vývoj vysoce výkonných vláknových laserů

Optimalizacevláknový laserstruktura

1, struktura čerpadla vesmírného světla

Rané vláknové lasery většinou používaly výstup optického čerpadla,laserVýstupní výkon je nízký, takže rychlé zlepšení výstupního výkonu vláknových laserů v krátkém časovém období je obtížnější. V roce 1999 výstupní výkon v oblasti výzkumu a vývoje vláknových laserů poprvé překročil 10 000 wattů. Struktura vláknového laseru využívá především optické obousměrné čerpání, které vytváří rezonátor, a při zkoumání sklonu dosáhla účinnost vláknového laseru 58,3 %.
I když použití technologie vláknového čerpadla a laserové vazby k vývoji vláknových laserů může účinně zlepšit výstupní výkon vláknových laserů, zároveň existuje složitost, která nevede k budování optické dráhy optickou čočkou. Jakmile je třeba laser během budování optické dráhy posunout, je nutné ji také znovu nastavit, což omezuje široké použití vláknových laserů s optickou čerpací strukturou.

2, struktura přímého oscilátoru a struktura MOPA

S vývojem vláknových laserů postupně nahradily čočkové komponenty odstraňovače plášťového výkonu, což zjednodušilo vývojové kroky vláknových laserů a nepřímo zlepšilo účinnost údržby vláknových laserů. Tento vývojový trend symbolizuje postupnou praktičnost vláknových laserů. Struktura s přímým oscilátorem a struktura MOPA jsou dvě nejběžnější struktury vláknových laserů na trhu. Struktura s přímým oscilátorem spočívá v tom, že mřížka volí vlnovou délku v procesu oscilace a poté vydává vybranou vlnovou délku, zatímco MOPA používá vlnovou délku vybranou mřížkou jako výchozí světlo a výchozí světlo je zesíleno působením zesilovače první úrovně, takže se do určité míry zlepší i výstupní výkon vláknového laseru. Po dlouhou dobu se vláknové lasery se strukturou MPOA používaly jako preferovaná struktura pro vysoce výkonné vláknové lasery. Následné studie však zjistily, že vysoký výkon v této struktuře snadno vede k nestabilitě prostorového rozložení uvnitř vláknového laseru a do určité míry se ovlivní jas výstupního laseru, což má také přímý vliv na efekt vysokého výstupu.

S rozvojem čerpací technologie

Čerpací vlnová délka raných vláknových laserů dopovaných yterbiem je obvykle 915 nm nebo 975 nm, ale tyto dvě čerpací vlnové délky představují absorpční vrcholy yterbiových iontů, proto se tato metoda nazývá přímé čerpání. Přímé čerpání se kvůli kvantovým ztrátám příliš nepoužívá. Technologie vnitropásmového čerpání je rozšířením technologie přímého čerpání, u které je vlnová délka mezi čerpací vlnovou délkou a vysílací vlnovou délkou podobná a kvantová ztráta vnitropásmového čerpání je menší než u přímého čerpání.

Vysoce výkonný vláknový laserúzké místo ve vývoji technologií

Přestože vláknové lasery mají vysokou aplikační hodnotu ve vojenském, lékařském a dalších průmyslových odvětvích, Čína podporuje široké využití vláknových laserů prostřednictvím téměř 30 let technologického výzkumu a vývoje. Pokud však chceme, aby vláknové lasery mohly produkovat vyšší výkon, existuje v existující technologii stále mnoho úzkých míst. Například, zda výstupní výkon vláknového laseru může dosáhnout 36,6 kW v jednom režimu; vliv čerpacího výkonu na výstupní výkon vláknového laseru; vliv tepelné čočky na výstupní výkon vláknového laseru.

Kromě toho by výzkum technologie vláknového laseru s vyšším výstupním výkonem měl zohlednit také stabilitu transverzálního módu a efekt fotonového ztmavnutí. Z výzkumu je zřejmé, že faktorem vlivu transverzální nestability módu je zahřívání vlákna a efekt fotonového ztmavnutí se týká především toho, že když vláknový laser nepřetržitě vydává stovky wattů nebo několik kilowattů výkonu, výstupní výkon vykazuje prudký pokles a existuje určitá míra omezení kontinuálního vysokého výstupu vláknového laseru.

Přestože specifické příčiny efektu fotonového ztmavnutí nebyly v současnosti jasně definovány, většina lidí se domnívá, že k výskytu efektu fotonového ztmavnutí může dojít v důsledku defektu kyslíku v centru a absorpce přenosu náboje. Na základě těchto dvou faktorů se navrhují následující způsoby, jak efekt fotonového ztmavnutí potlačit. Například hliník, fosfor atd., aby se zabránilo absorpci přenosu náboje, a poté se optimalizované aktivní vlákno testuje a aplikuje. Specifickým standardem je udržovat výkon 3 kW po dobu několika hodin a stabilní výkon 1 kW po dobu 100 hodin.