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 hóalaser sợi quangkết cấu

1. Cấu trúc bơm ánh sáng không gian

Các laser sợi quang đời đầu chủ yếu sử dụng đầu ra bơm quang học.tia laserDo công suất đầu ra thấp, việc nhanh chóng nâng cao công suất đầu ra của laser sợi quang trong thời gian ngắn gặp nhiều khó khăn. Năm 1999, công suất đầu ra của laser sợi quang trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển lần đầu tiên vượt qua mốc 10.000 watt, cấu trúc của laser sợi quang chủ yếu sử dụng bơm quang hai chiều, tạo thành bộ cộng hưởng, và hiệu suất dốc của laser sợi quang đạt 58,3%.
Tuy nhiên, mặc dù việc sử dụng ánh sáng bơm sợi quang và công nghệ ghép nối laser 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 thuận lợi cho việc xây dựng đường dẫn quang bằng thấu kính quang học. Một khi laser cần được di chuyển trong quá trình xây dựng đường dẫn quang, thì đường dẫn quang cũng cần được điều chỉnh lại, điều này hạn chế ứng dụng rộng rãi của laser sợi quang cấu trúc bơm quang.

2. Cấu trúc dao động trực tiếp và cấu trúc MOPA

Với sự phát triển của laser sợi quang, các bộ tách công suất lớp phủ đã dần thay thế các thành phần thấu kính, đơn giản hóa các bước phát triển của laser sợi quang và gián tiếp nâng cao hiệu quả bảo trì của laser sợi quang. Xu hướng phát triển này tượng trưng cho tính thực tiễn ngày càng tăng 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 nơi mà cách tử chọn bước sóng trong quá trình dao động, sau đó xuất ra bước sóng đã chọn, trong khi MOPA sử dụng bước sóng được chọn bởi cách tử làm ánh sáng mồi, và ánh sáng mồi được khuếch đại dưới tác dụng của bộ khuếch đại cấp một, do đó công suất đầu ra của laser sợi quang cũng sẽ được cải thiện đến một mức độ nhất định. Trong một thời gian dài, laser sợi quang với cấu trúc MOPA đã được sử dụng như cấu trúc ưu tiên 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 không ổn định của phân bố không gian bên trong laser sợi quang, và độ sáng laser đầu ra sẽ bị ảnh hưởng ở một mức độ nhất định, điều này cũng tác động trực tiếp đến hiệu quả công suất đầu ra cao.

Với sự phát triển của công nghệ bơm

Bước sóng bơm của laser sợi quang pha tạp ytterbium đời đầu thường là 915nm hoặc 975nm, nhưng hai bước sóng bơm này là đỉnh hấp thụ của ion ytterbium, vì vậy nó được gọi là bơm trực tiếp. Bơm trực tiếp chưa được sử dụng rộng rãi do tổn hao lượng tử. Công nghệ bơm trong dải tần là sự mở rộng của công nghệ bơm trực tiếp, trong đó bước sóng giữa bước sóng bơm và bước sóng truyền dẫn tương tự nhau, và tỷ lệ tổn hao lượng tử của bơm trong dải tần 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 laser sợi quang thông qua gần 30 năm nghiên cứu và phát triển công nghệ, nhưng nếu muốn laser sợi quang có công suất đầu ra cao hơn, vẫn còn nhiều nút thắt trong công nghệ hiện tại. Ví dụ: liệu công suất đầu ra của laser sợi quang có thể đạt đến 36,6KW của laser đơn mode sợi đơn 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 về công nghệ đầu ra công suất 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 sự không ổn định của chế độ ngang là sự gia nhiệt của sợi quang, còn 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 việc phát ra công suất cao liên tục của laser sợi quang.

Mặc dù nguyên nhân cụ thể của hiệu ứng làm tối photon hiện chưa được xác định rõ ràng, nhưng hầu hết mọi người tin rằng trung tâm khuyết tật oxy và sự hấp thụ chuyển giao điện tích có thể dẫn đến hiện tượng này. Trên hai yếu tố này, các phương pháp sau đây được đề xuất để ức chế hiệu ứng làm tối photon. Ví dụ như sử dụng nhôm, phốt pho, v.v., để tránh sự hấp thụ chuyển giao điện tích, sau đó sợi quang hoạt tính 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.