Sự tiến hóa về mặt kỹ thuật của laser sợi quang công suất cao

Sự tiến hóa về mặt kỹ thuật của laser sợi quang công suất cao

Tối ưu hóalaser sợi quangkết cấu

1, cấu trúc bơm đèn không gian

Các loại laser sợi quang đầu tiên chủ yếu sử dụng đầu ra bơm quang học,tia lazeđầu ra, công suất đầu ra của nó thấp, để nhanh chóng cải thiện công suất đầu ra của laser sợi quang trong thời gian ngắn có độ khó lớn hơn. Năm 1999, công suất đầu ra của lĩnh vực nghiên cứu và phát triển laser sợi quang lần đầu tiên vượt qua 10.000 watt, cấu trúc của laser sợi quang chủ yếu là sử dụng bơm quang hai chiều, hình thành bộ cộng hưởng, với việc điều tra hiệu suất độ dốc của laser sợi quang đạt 58,3%.
Tuy nhiên, mặc dù việc sử dụng công nghệ ghép nối laser và đèn bơm sợi quang để phát triển laser sợi quang có thể cải thiện hiệu quả công suất đầu ra của laser sợi quang, nhưng đồng thời cũng có sự phức tạp, không có lợi cho thấu kính quang học để xây dựng đường dẫn quang, một khi laser cần phải di chuyển trong quá trình xây dựng đường dẫn quang, thì đường dẫn quang cũng cần phải được điều chỉnh lại, điều này hạn chế ứng dụng rộng rãi của laser sợi quang có cấu trúc bơm quang.

2, cấu trúc dao động trực tiếp và cấu trúc MOPA

Với sự phát triển của laser sợi quang, bộ tách nguồn bọc đã dần thay thế các thành phần thấu kính, đơn giản hóa các bước phát triển của laser sợi quang và gián tiếp cải thiện hiệu quả bảo trì của laser sợi quang. Xu hướng phát triển này tượng trưng cho tính thực tiễn dần dần của laser sợi quang. Cấu trúc dao động trực tiếp và cấu trúc MOPA là hai cấu trúc phổ biến nhất của laser sợi quang trên thị trường. Cấu trúc dao động trực tiếp là mạng chọn bước sóng trong quá trình dao động, sau đó đưa ra bước sóng đã chọn, trong khi MOPA sử dụng bước sóng do mạng chọn làm ánh sáng hạt giống và ánh sáng hạt giống được khuếch đại dưới tác động của bộ khuếch đại cấp một, do đó công suất đầu ra của laser sợi quang cũng sẽ được cải thiện ở một mức độ nhất định. Trong một thời gian dài, laser sợi quang có cấu trúc MPOA đã được sử dụng làm cấu trúc ưa thích cho laser sợi quang công suất cao. Tuy nhiên, các nghiên cứu sau đó đã phát hiện ra rằng công suất đầu ra cao trong cấu trúc này dễ dẫn đến sự mất ổn định của phân bố không gian bên trong laser sợi quang và độ sáng của laser đầu ra sẽ bị ảnh hưởng ở một mức độ nhất định, điều này cũng có tác động trực tiếp đến hiệu ứng công suất đầu ra cao.

Với sự phát triển của công nghệ bơm

Bước sóng bơm của laser sợi quang pha tạp ytterbium ban đầu thường là 915nm hoặc 975nm, nhưng hai bước sóng bơm này là các đỉnh hấp thụ của các ion ytterbium, vì vậy nó được gọi là bơm trực tiếp, bơm trực tiếp chưa được sử dụng rộng rãi vì mất mát lượng tử. Công nghệ bơm trong băng là một phần mở rộng của công nghệ bơm trực tiếp, trong đó bước sóng giữa bước sóng bơm và bước sóng truyền là tương tự nhau và tỷ lệ mất mát lượng tử của bơm trong băng nhỏ hơn so với bơm trực tiếp.

Laser sợi quang công suất caonút thắt cổ chai trong phát triển công nghệ

Mặc dù laser sợi quang có giá trị ứng dụng cao trong quân sự, y tế và các ngành công nghiệp khác, Trung Quốc đã thúc đẩy ứng dụng rộng rãi của laser sợi quang thông qua gần 30 năm nghiên cứu và phát triển công nghệ, nhưng nếu bạn muốn làm cho laser sợi quang có thể tạo ra công suất cao hơn, vẫn còn nhiều nút thắt trong công nghệ hiện có. Ví dụ, liệu công suất đầu ra của laser sợi quang có thể đạt tới chế độ đơn sợi đơn 36,6KW hay không; Ảnh hưởng của công suất bơm đến công suất đầu ra của laser sợi quang; Ảnh hưởng của hiệu ứng thấu kính nhiệt đến công suất đầu ra của laser sợi quang.

Ngoài ra, nghiên cứu công nghệ công suất đầu ra cao hơn của laser sợi quang cũng nên xem xét tính ổn định của chế độ ngang và hiệu ứng làm tối photon. Qua điều tra, rõ ràng là yếu tố ảnh hưởng đến tính không ổn định của chế độ ngang là sự gia nhiệt của sợi quang và hiệu ứng làm tối photon chủ yếu đề cập đến việc khi laser sợi quang liên tục phát ra hàng trăm watt hoặc vài kilowatt công suất, công suất đầu ra sẽ có xu hướng giảm nhanh và có một mức độ hạn chế nhất định đối với công suất đầu ra cao liên tục của laser sợi quang.

Mặc dù hiện tại nguyên nhân cụ thể của hiệu ứng làm tối photon vẫn chưa được xác định rõ ràng, nhưng hầu hết mọi người đều tin rằng trung tâm khuyết tật oxy và sự hấp thụ chuyển giao điện tích có thể dẫn đến sự xuất hiện của hiệu ứng làm tối photon. Về hai yếu tố này, các cách sau đây được đề xuất để ức chế hiệu ứng làm tối photon. Chẳng hạn như nhôm, phốt pho, v.v., để tránh sự hấp thụ chuyển giao điện tích, sau đó sợi hoạt động được tối ưu hóa được thử nghiệm và áp dụng, tiêu chuẩn cụ thể là duy trì công suất đầu ra 3KW trong vài giờ và duy trì công suất đầu ra ổn định 1KW trong 100 giờ.