A 파이버 레이저 는 희토류 도핑 유리 섬유를 이득 매체로 사용하며, 이터븀 도핑 섬유는 고출력 이터븀 도핑 파이버 레이저 시스템의 핵심 구성 요소 중 하나입니다. 출력 전력은 파이버 레이저 가 증가함에 따라 횡방향 모드 불안정성(TMI), 자극 라만 산란(SRS), 열 손상과 같은 다양한 안정성 “킬러'가 과제로 떠올랐습니다.

최근 케핀 파이버 레이저의 제품 디렉터인 자오 주윈은 “고출력 파이버 레이저의 최첨단 기술 및 혁신적인 응용”에 대한 온라인 인사이트를 공유하면서 안정성 “킬러”에 대처하는 방법을 자세히 설명했습니다. 파이버 레이저. 논의된 주요 사항을 검토해 보겠습니다.

파이버 레이저 원리 및 구조

A 파이버 레이저 는 주로 펌프 소스, 이득 매체(액티브 파이버), 공진기 캐비티의 세 가지 구성 요소로 이루어져 있습니다.

공진기 캐비티 파이버 레이저 원리: 펌프 반도체 레이저의 출력은 광섬유 격자(고반사율의 경우 HR, 저반사율의 경우 OC)를 통해 이테르븀이 도핑된 이중 피복 광섬유(YDF)에 주입됩니다. 이테르븀이 도핑된 광섬유는 펌프 광을 흡수하여 인구 반전을 일으키고 자발적인 방사선을 생성합니다. 이 방사선은 파이버 격자에 의해 형성된 공동에서 자극 방출에 의해 증폭되어 레이저 출력을 생성하고, 이후 출력 광 케이블을 통해 밖으로 유도됩니다.

증폭기 구조 광섬유 레이저 원리: 공진기 캐비티와 유사하지만, 이전 단계의 시드 레이저를 사용하여 개별 부품에 필요한 전력을 줄여 더 높은 출력을 구현할 수 있다는 점이 차이점입니다.

파이버 레이저의 횡방향 모드 불안정성(TMI) 효과

횡방향 모드 불안정성(TMI)은 고출력 파이버 레이저 특정 임계값에 도달합니다. 출력 전력이 증가하거나 일정 시간이 지나면 출력 모드가 안정적인 기본 모드에서 불안정한 고차 모드로 전환됩니다. 이로 인해 빔 품질이 저하되고 출력 전력의 증가가 제한됩니다. 심한 경우에는 빔 품질이 저하되어 파이버 레이저, 를 사용하여 광고보다 효과가 떨어질 수 있습니다.

모드 불안정성에 대한 원리 및 실험 데이터

모드 불안정성이 발생한 후에도 기본 모드와 고차 모드 사이의 전력은 계속 결합하여 총 전력을 일정하게 유지합니다. 굽힘 필터링과 같은 메커니즘이 있는 경우 기본 모드는 손실이 더 작고 고차 모드는 굽힘 손실이 더 커져 고차 모드가 필터링되고 출력은 시간 영역에서 기본 모드 지터를 나타냅니다.

모드 불안정성에 영향을 미치는 요인

기존의 고에너지 레이저와 달리 모드 불안정성은 열 효과와 광섬유 모드 간의 결합으로 인해 발생합니다. 따라서 모드 불안정성에 영향을 미치는 요인은 폐열뿐만 아니라 광섬유의 모드 특성과도 관련이 있습니다. 주요 영향 요인은 다음과 같습니다:

광케이블 도핑 특성: 도핑 농도 및 도핑 영역의 반경.

다크닝 효과: 신호등 전력, 신호 강도 노이즈 및 신호 초기 고차 모드 비율에 미치는 영향.

펌프 특성: 펌프 출력, 파장 및 강도 변조.

펌프 방법: 정방향 펌핑, 역방향 펌핑, 측면 펌핑 및 양방향 펌핑.

섬유 소재: 파이버 코어 직경, 클래딩 직경 및 수치 조리개.

파이버 모드 영향 요인: 고차 모드 손실, 시스템 냉각 능력, 광선로 편광 특성.

모드 불안정성을 억제하는 방법

모드 불안정성에 대응하기 위해 열 관리 및 모드 제어 기능을 개선하는 데 중점을 둡니다.

열 관리 강화: 광섬유 코어-피복 비율 조정, 반도체 펌프 파장 변경, 신호 주입 전력 증가, 펌프 광선 방향 최적화를 통해 이득 포화도를 개선하여 열 손상을 줄일 수 있습니다.

모드 제어 개선: 굽힘 반경을 줄이고, 광케이블 코어 수치 조리개를 줄이고, 광케이블 권선 방법을 최적화하여 굽힘 손실을 줄이면 고차 모드를 억제하고 출력 안정성을 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다.

파이버 레이저의 자극 라만 산란(SRS)

자극 라만 산란(SRS)은 레이저 광자가 매체와 상호작용하여 더 긴 파장으로 전환될 때 발생합니다. SRS는 주요 비선형 효과로서 파이버 레이저 파워. 이테르븀이 도핑된 광섬유의 경우 SRS 효과는 코어 직경, 광케이블 길이, 도핑 농도, 펌프 방식에 따라 달라집니다.

자극 라만 산란을 억제하는 방법

코어 직경 영향: 펌프 출력이 증가함에 따라 더 높은 펌프 출력 수준에서 SRS가 발생합니다. 광케이블 코어 직경을 늘리면 SRS 전력 임계값이 크게 높아집니다.

광케이블 길이 영향: 광선로 길이가 길어질수록 SRS는 감소합니다. 광케이블 길이를 줄이면 출력 전력을 높일 수 있습니다.

도핑 농도 영향: 도핑 농도가 증가하면 SRS의 임계값이 감소하여 레이저 출력이 낮아집니다. 고출력 파이버 레이저에서는 SRS 효과를 완화하기 위해 저도핑 농도의 파이버를 선택합니다.

파이버 레이저 기술의 미래 발전

대형 모드 영역(LMA) 이득 광섬유 기술, 고출력, 고휘도 반도체 펌프 소스, 고출력 펌프 커플링 기술의 발전 덕분입니다, 파이버 레이저 는 더 높은 출력 수준과 더 나은 빔 품질을 향해 계속 발전할 것으로 예상됩니다.