Giới thiệu laser xung sợi quang

Giới thiệulaser xung sợi quang

Laser xung sợi quang làthiết bị lasersử dụng sợi quang pha tạp ion đất hiếm (như ytterbi, erbi, thuli, v.v.) làm môi trường khuếch đại. Chúng bao gồm môi trường khuếch đại, khoang cộng hưởng quang học và nguồn bơm. Công nghệ tạo xung của chúng chủ yếu bao gồm công nghệ chuyển mạch Q (cấp nano giây), khóa mode chủ động (cấp pico giây), khóa mode thụ động (cấp femto giây) và công nghệ khuếch đại công suất dao động chính (MOPA).

Các ứng dụng công nghiệp bao gồm cắt kim loại, hàn, làm sạch bằng laser và cắt TAB pin lithium trong lĩnh vực năng lượng mới, với công suất đầu ra đa chế độ đạt mức mười nghìn watt. Trong lĩnh vực lidar, laser xung 1550nm, với năng lượng xung cao và các tính năng an toàn cho mắt, được ứng dụng trong các hệ thống radar đo khoảng cách và radar gắn trên xe.

Các loại sản phẩm chính bao gồm loại Q-switched, loại MOPA và sợi quang công suất caotia laser xung. Loại:

1. Laser sợi quang Q-switched: Nguyên lý của Q-switching là thêm một thiết bị có thể điều chỉnh suy hao bên trong laser. Trong hầu hết các khoảng thời gian, laser có suy hao lớn và hầu như không có công suất phát sáng. Trong một khoảng thời gian cực ngắn, việc giảm suy hao của thiết bị cho phép laser phát ra một xung ngắn rất mạnh. Laser sợi quang Q-switched có thể đạt được theo cách chủ động hoặc thụ động. Công nghệ chủ động thường bao gồm việc thêm một bộ điều biến cường độ bên trong khoang để kiểm soát suy hao của laser. Các kỹ thuật thụ động sử dụng các chất hấp thụ bão hòa hoặc các hiệu ứng phi tuyến tính khác như tán xạ Raman kích thích và tán xạ Brillouin kích thích để tạo thành cơ chế điều chế Q. Các xung thường được tạo ra bởi các phương pháp Q-switching ở mức nano giây. Nếu muốn tạo ra các xung ngắn hơn, có thể đạt được thông qua phương pháp khóa chế độ.

2. Laser sợi quang khóa mode: Có thể tạo ra các xung cực ngắn thông qua các phương pháp khóa mode chủ động hoặc khóa mode thụ động. Do thời gian đáp ứng của bộ điều biến, độ rộng xung được tạo ra bởi khóa mode chủ động thường ở mức pico giây. Khóa mode thụ động sử dụng các thiết bị khóa mode thụ động, có thời gian đáp ứng rất ngắn và có thể tạo ra các xung ở cấp độ femto giây.

Sau đây là phần giới thiệu ngắn gọn về nguyên lý khóa khuôn.

Có vô số mode dọc trong một buồng cộng hưởng laser. Đối với buồng cộng hưởng hình vòng, khoảng tần số của các mode dọc bằng /CCL, trong đó C là tốc độ ánh sáng và CL là độ dài đường quang của ánh sáng tín hiệu truyền một vòng trong buồng. Nhìn chung, băng thông khuếch đại của laser sợi quang tương đối lớn và một số lượng lớn các mode dọc hoạt động đồng thời. Tổng số mode mà laser có thể xử lý phụ thuộc vào khoảng mode dọc ∆ν và băng thông khuếch đại của môi trường khuếch đại. Khoảng mode dọc càng nhỏ thì băng thông khuếch đại của môi trường càng lớn và có thể hỗ trợ nhiều mode dọc hơn. Ngược lại, băng thông khuếch đại càng nhỏ.

3. Laser bán liên tục (laser QCW): Đây là chế độ hoạt động đặc biệt giữa laser sóng liên tục (CW) và laser xung. Nó đạt được công suất tức thời cao thông qua các xung dài định kỳ (chu kỳ hoạt động thường ≤1%) trong khi vẫn duy trì công suất trung bình tương đối thấp. Nó kết hợp tính ổn định của laser liên tục với lợi thế công suất cực đại của laser xung.

Nguyên lý kỹ thuật: Laser QCW tải các mô-đun điều chế liên tụctia laserMạch cắt laser liên tục thành các chuỗi xung chu kỳ làm việc cao, cho phép chuyển đổi linh hoạt giữa chế độ liên tục và chế độ xung. Tính năng cốt lõi của nó là cơ chế "bùng phát ngắn hạn, làm mát dài hạn". Việc làm mát trong khe hở xung giúp giảm tích tụ nhiệt và giảm nguy cơ biến dạng nhiệt vật liệu.

Ưu điểm và tính năng: Tích hợp chế độ kép: Kết hợp công suất cực đại của chế độ xung (lên đến 10 lần công suất trung bình của chế độ liên tục) với hiệu suất cao và tính ổn định của chế độ liên tục.

Tiêu thụ năng lượng thấp: Hiệu suất chuyển đổi điện quang cao và chi phí sử dụng lâu dài thấp.

Chất lượng chùm tia: Chất lượng chùm tia cao của laser sợi quang hỗ trợ gia công vi mô chính xác.