Cấu tạo hệ thống của laser sợi quang công suất cao

Cấu tạo hệ thống của laser sợi quang công suất cao
1. Thành phần hệ thống
Laser sợi quang công suất cao bao gồm bốn phần: nguồn bơm, bộ kết hợp bơm, sợi khuếch đại và đầu ra laser.
1.1 Nguồn bơm: Công suất đầu ra của một chip laser đơn chỉ từ 10W đến 50W, và sẽ có từ 6 đến 50 chip được tích hợp và đóng gói theo nhu cầu; Nếu có số lượng chip lớn, sẽ kết hợp ghép chùm tia không gian và ghép chùm tia phân cực để tăng công suất. Công suất của một nguồn bơm đơn dao động từ vài chục đến vài trăm watt, và để đạt được công suất đầu ra ở mức kilowatt, cần phải kết nối nối tiếp hơn 10 nguồn bơm (ví dụ như laser Ruike sử dụng sự kết hợp của 11 nguồn bơm).
1.2 Bộ ghép bơm: Được sản xuất thông qua công nghệ ghép nối sợi quang, nhiều mô-đun bơm được ghép nối quang học vào cùng một sợi quang.
1.3 Sợi khuếch đại: với chiều dài thường vượt quá 30 mét, nó sẽ được cuộn lại và cố định trên tấm tản nhiệt, thường sử dụng cấu trúc lớp vỏ kép pha tạp ytterbium: đường kính lõi 10-20 μm, ống dẫn sóng đơn mode/đa mode, được pha tạp ion ytterbium; đường kính lớp vỏ bên trong đạt tới 400 μm và được sử dụng để truyền ánh sáng bơm đa mode.
1.4 Đầu ra laser: Chịu trách nhiệm cho đầu ra laser cuối cùng và có thể được kết nối với thiết bị xử lý thông qua giao diện tiêu chuẩn.
2. Nguyên tắc hoạt động cốt lõi
2.1 Bộ cộng hưởng để khuếch đại quang học: bao gồm một cặp cách tử Bragg sợi quang (FBG): một cách tử phản xạ cao (độ phản xạ >99%) phản xạ ánh sáng có bước sóng mục tiêu (ví dụ như 1080nm) trở lại sợi khuếch đại; cách tử ghép đầu ra (độ phản xạ 10%~50%) phản xạ một phần để duy trì dao động và truyền một phần để tạo ra đầu ra. Ánh sáng bơm kích thích các ion ytterbium tạo ra phát xạ tự phát, và các photon đáp ứng yêu cầu bước sóng được khuếch đại liên tục giữa các cách tử, cuối cùng tạo thành đầu ra laser ổn định.
2.2 Lựa chọn chế độ đảm bảo chất lượng chùm tia: Một mặt, dựa trên giới hạn dẫn sóng của lớp lõi đường kính nhỏ, chỉ cho phép truyền dẫn tổn hao thấp của chế độ cơ bản; mặt khác, bằng cách tận dụng sự chồng chéo cao giữa chế độ cơ bản và môi trường khuếch đại (các ion ytterbium), cũng như đặc tính tổn hao cao của các chế độ bậc cao hơn, kết hợp với thiết kế uốn sợi quang để lọc bỏ thêm các chế độ bậc cao hơn, cuối cùng đạt được đầu ra chế độ cơ bản chất lượng cao với M² gần bằng 1.