Sự phát triển kỹ thuật của laser sợi quang công suất cao

Sự phát triển kỹ thuật của laser sợi quang công suất cao

Tối ưu hóa củalaser 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 laserCông suất đầu ra của nó thấp, việc cải thiện nhanh chóng công suất đầu ra của laser sợi quang trong thời gian ngắn là một thách thức lớn. Năm 1999, lĩnh vực nghiên cứu và phát triển laser sợi quang lần đầu tiên vượt ngưỡng 10.000 watt, cấu trúc của laser sợi quang chủ yếu sử dụng bơm quang hai chiều, tạo thành bộ cộng hưởng, với hiệu suất dốc của laser sợi quang đã được nghiên cứu 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 việc xây dựng đường dẫn quang bằng thấu kính quang học, một khi laser cần di chuyển trong quá trình xây dựng đường dẫn quang, thì đường dẫn quang cũng cần được điều chỉnh lại, điều này hạn chế khả năng 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 cladding 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 cách tử chọn bước sóng trong quá trình dao động, sau đó đưa ra bước sóng đã chọn, trong khi MOPA sử dụng bước sóng được cách tử chọn làm ánh sáng mầm, và ánh sáng mầm 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 ưu tiên cho laser sợi quang công suất cao. Tuy nhiên, các nghiên cứu sau này 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 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 ytterbi ban đầu thường là 915nm hoặc 975nm, nhưng hai bước sóng bơm này là đỉnh hấp thụ của ion ytterbi, nên được gọi là bơm trực tiếp. Bơm trực tiếp chưa được sử dụng rộng rãi do tổn thất 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 tương tự nhau, và tỷ lệ tổn thất lượng tử của bơm trong băng nhỏ hơn so với bơm trực tiếp.

Laser sợi quang công suất caonút thắt 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 laser sợi quang thông qua gần 30 năm nghiên cứu và phát triển công nghệ. Tuy nhiên, nếu muốn laser sợi quang có thể đạt công suất cao hơn, công nghệ hiện tại vẫn còn nhiều hạn chế. Ví dụ, liệu công suất đầu ra của laser sợi quang có thể đạt tới 36,6KW ở chế độ đơn sợi 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, việc nghiên cứu công nghệ công suất đầu ra cao hơn của laser sợi quang cũng cần xem xét tính ổn định của chế độ ngang và hiệu ứng làm tối photon. Qua nghiên cứu, rõ ràng yếu tố ảnh hưởng đến tính bất ổn của chế độ ngang là nhiệt độ sợi quang, và hiệu ứng làm tối photon chủ yếu đề cập đến việc khi laser sợi quang liên tục phát ra công suất hàng trăm watt hoặc vài kilowatt, 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 nguyên nhân cụ thể gây ra hiệu ứng tối photon hiện vẫn chưa được xác định rõ ràng, nhưng hầu hết mọi người đều cho rằng tâm khuyết oxy và sự hấp thụ chuyển giao điện tích có thể dẫn đến hiệu ứng tối photon. Dựa trên hai yếu tố này, các phương pháp sau đây được đề xuất để ức chế hiệu ứng tối photon. Ví dụ như nhôm, phốt pho, v.v., để tránh hấp thụ chuyển giao điện tích, sau đó sợi quang hoạt động được tối ưu hóa sẽ được thử nghiệm và ứng 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.