A fiber lazer kazanç ortamı olarak nadir toprak katkılı cam fiber kullanır ve iterbiyum katkılı fiber, yüksek güçlü iterbiyum katkılı fiber lazer sistemlerindeki temel bileşenlerden biridir. Çıkış gücü olarak fiber lazerler arttıkça, Transverse Mode Instability (TMI), Stimulated Raman Scattering (SRS) ve termal hasar gibi çeşitli kararlılık “katilleri” zorluk olarak ortaya çıkmıştır.

Kısa bir süre önce, Kepin Fiber Lazer Ürün Direktörü Zhao Juyun, “Yüksek Güçlü Fiber Lazerlerin En Son Teknolojileri ve Yenilikçi Uygulamaları” hakkında çevrimiçi görüşlerini paylaştı. fiber lazerler. Tartışılan ana noktaları gözden geçirelim.

Fiber Lazer Prensibi ve Yapısı

A fiber lazer öncelikle üç bileşenden oluşur: pompa kaynağı, kazanç ortamı (aktif fiber) ve rezonatör boşluğu.

Rezonatör Kavitesi Fiber Lazer Prensibi: Pompa yarı iletken lazerin gücü, fiber ızgaralar (yüksek yansıtıcılık için HR, düşük yansıtıcılık için OC) aracılığıyla iterbiyum katkılı çift katlı fibere (YDF) enjekte edilir. İterbiyum katkılı fiber, pompa ışığını emerek popülasyon tersinmesine yol açar ve spontane radyasyon üretir. Bu radyasyon daha sonra fiber ızgaralar tarafından oluşturulan boşlukta uyarılmış emisyon ile güçlendirilir ve daha sonra çıkış optik kablosu aracılığıyla dışarı yönlendirilen lazer çıkışı oluşturulur.

Amplifikatör Yapısı Fiber Lazer Prensibi: Rezonatör boşluğuna benzer şekilde, fark bir önceki aşamadaki tohum lazerde yatar, bireysel bileşenler için güç gereksinimlerini azaltır, böylece daha yüksek güç çıkışı sağlar.

Fiber Lazerlerde Enine Mod Kararsızlığı (TMI) Etkisi

Enine Mod Kararsızlığı (TMI), yüksek güçle çalışıldığında ortaya çıkar fiber lazerler belirli bir eşiğe ulaşır. Çıkış gücü arttıkça veya belirli bir süre sonra, çıkış modu sabit bir temel moddan kararsız bir yüksek dereceli moda geçer. Bu durum ışın kalitesinde bozulmaya yol açar ve çıkış gücündeki artışı sınırlar. Ciddi durumlarda, bir füzenin etkinliğini zayıflatabilir. fiber lazer, Bu da reklamı yapılandan daha az etkili olmasına neden oluyor.

Mod Kararsızlığı Üzerine Prensip ve Deneysel Veriler

Mod kararsızlığı oluştuktan sonra, temel ve yüksek dereceli modlar arasındaki güç birleşmeye devam ederek toplam gücü sabit tutar. Bükülme filtrelemesi gibi mekanizmalar mevcut olduğunda, temel mod daha küçük bir kayba sahiptir ve yüksek dereceli modlar daha önemli bükülme kayıpları yaşar, bu da yüksek dereceli modların filtrelenmesine neden olur ve çıkış, zaman alanında temel mod titreşimini gösterir.

Mod Kararsızlığını Etkileyen Faktörler

Geleneksel yüksek enerjili lazerlerin aksine, mod kararsızlığı termal etkilerden ve fiber modları arasındaki kuplajdan kaynaklanır. Bu nedenle, mod kararsızlığını etkileyen faktörler yalnızca atık ısıyla değil, aynı zamanda fiberin mod özellikleriyle de ilgilidir. Etkileyen ana faktörler şunlardır:

Fiber Katkı Özellikleri: Doping konsantrasyonu ve doping bölgesinin yarıçapı.

Koyulaştırıcı Etkiler: Sinyal ışık gücü, sinyal gücü gürültüsü ve sinyal başlangıç yüksek dereceli mod oranı üzerindeki etkiler.

Pompa Özellikleri: Pompa gücü, dalga boyu ve yoğunluk modülasyonu.

Pompa Yöntemi: İleri pompalama, geri pompalama, yandan pompalama ve çift yönlü pompalama.

Elyaf Malzeme: Fiber çekirdek çapı, kaplama çapı ve sayısal açıklık.

Fiber Modunu Etkileyen Faktörler: Yüksek dereceli mod kayıpları, sistem soğutma yeteneği ve fiber polarizasyon özellikleri.

Mod Kararsızlığını Bastırma Yöntemleri

Mod kararsızlığını önlemek için, önlemler termal yönetim ve mod kontrol yeteneklerini geliştirmeye odaklanmaktadır.

Termal Yönetimin Geliştirilmesi: Fiber çekirdek-kaplama oranını ayarlayarak, yarı iletken pompa dalga boyunu değiştirerek, sinyal enjeksiyon gücünü artırarak ve pompa ışığı yönünü optimize ederek, kazanç doygunluğu iyileştirilebilir ve termal hasar azaltılabilir.

Mod Kontrolünün İyileştirilmesi: Bükülme kaybını artırmak (bükülme yarıçapını azaltarak, fiber çekirdek sayısal açıklığını azaltarak ve fiber sarma yöntemlerini optimize ederek), yüksek dereceli modları bastırmaya ve çıkış kararlılığını artırmaya yardımcı olabilir.

Fiber Lazerlerde Uyarılmış Raman Saçılması (SRS)

Uyarılmış Raman Saçılması (SRS), bir lazer fotonu ortamla etkileşime girerek daha uzun dalga boylarına kaymaya neden olduğunda ortaya çıkar. SRS, lazer fotonlarının dalga boylarındaki artışı sınırlayan önemli bir doğrusal olmayan etkidir. fiber lazer güç. İterbiyum katkılı fiberler için SRS etkisi çekirdek çapına, fiber uzunluğuna, katkı konsantrasyonuna ve pompa yöntemine bağlıdır.

Uyarılmış Raman Saçılmasını Bastırma Yöntemleri

Çekirdek Çapı Darbe: Pompa gücü arttıkça, SRS daha yüksek pompa gücü seviyelerinde meydana gelir. Fiber çekirdek çapının artırılması SRS güç eşiğini önemli ölçüde yükseltir.

Elyaf Uzunluğu Etkisi: Fiber uzunluğu arttıkça SRS azalır. Fiber uzunluğu azaltılarak çıkış gücü artırılabilir.

Doping Konsantrasyon Etkisi: Katkı konsantrasyonu arttıkça, SRS için eşik azalır ve bu da daha düşük çıkış lazer gücüne neden olur. Yüksek güçlü fiber lazerlerde, SRS etkilerini azaltmak için düşük doping konsantrasyonlu fiberler seçilir.

Fiber Lazer Teknolojisinde Gelecekteki Gelişmeler

Büyük Mod Alanı (LMA) kazançlı fiber teknolojisindeki gelişmeler, yüksek güçlü, yüksek parlaklıklı yarı iletken pompa kaynakları ve yüksek güçlü pompa bağlantı teknolojisi sayesinde, fiber lazerler daha yüksek güç seviyelerine ve daha iyi ışın kalitesine doğru gelişmeye devam etmesi beklenmektedir.