A fiber lazer Nadir toprak elementleriyle katkılanmış cam elyafını kazanç ortamı olarak kullanır ve iterbiyum katkılı elyaf, yüksek güçlü iterbiyum katkılı fiber lazer sistemlerinin temel bileşenlerinden biridir. Çıkış gücü arttıkça... fiber lazerler Artışlarla birlikte, Enine Mod Kararsızlığı (TMI), Uyarılmış Raman Saçılımı (SRS) ve termal hasar gibi çeşitli kararlılık "katilleri" zorluklar olarak ortaya çıkmıştır.

Son zamanlarda Kepin Fiber Laser Ürün Direktörü Zhao Juyun, "Yüksek Güçlü Fiber Lazerlerin Son Teknolojileri ve Yenilikçi Uygulamaları" başlıklı çevrimiçi sunumunda, kararlılığı "öldüren" faktörlerle nasıl mücadele edileceğine dair ayrıntılı bilgiler paylaştı. fiber lazerlerTartışılan ana noktaları özetleyelim.

Fiber Lazer Prensibi ve Yapısı

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

Rezonatör Boşluklu Fiber Lazer PrensibiPompa yarı iletken lazerin gücü, fiber ızgaralar (yüksek yansıtıcılık için HR, düşük yansıtıcılık için OC) aracılığıyla iterbiyum katkılı çift katmanlı fibere (YDF) enjekte edilir. İterbiyum katkılı fiber, pompa ışığını emer, bu da popülasyon inversiyonuna yol açar ve kendiliğinden radyasyon üretir. Bu radyasyon daha sonra fiber ızgaralar tarafından oluşturulan boşlukta uyarılmış emisyon yoluyla yükseltilir ve lazer çıkışı oluşturur; bu çıkış daha sonra optik çıkış kablosu aracılığıyla dışarı yönlendirilir.

Amplifikatör Yapısı Fiber Lazer PrensibiRezonatör boşluğuna benzer şekilde, fark bir önceki aşamadan farklı olarak, kullanılan tohum lazerinde yatmaktadır; bu da bireysel bileşenler için gereken güç gereksinimlerini azaltarak daha yüksek güç çıkışı sağlar.

Fiber Lazerlerde Enine Mod Kararsızlığı (TMI) Etkisi

Enine Mod Kararsızlığı (TMI), yüksek güçlü durumlarda ortaya çıkar. fiber lazerler Belirli bir eşiğe ulaşıldığında, çıkış gücü artar veya belirli bir süre sonra, çıkış modu kararlı temel moddan kararsız yüksek dereceli moda geçer. Bu durum ışın kalitesinin bozulmasına ve çıkış gücündeki artışın sınırlanmasına yol açar. Ciddi durumlarda, bir cihazın etkinliğini baltalayabilir. fiber lazerBu durum, ürünün reklamda belirtildiği kadar etkili olmamasına yol açmaktadır.

Mod Kararsızlığına İlişkin Prensip ve Deneysel Veriler

Mod kararsızlığı meydana geldikten sonra, temel ve yüksek dereceli modlar arasındaki güç eşleşmeye devam ederek toplam gücü sabit tutar. Bükülme filtreleme gibi mekanizmalar mevcut olduğunda, temel mod daha az kayıp yaşar ve yüksek dereceli modlar daha önemli bükülme kayıpları yaşar; bu da yüksek dereceli modların filtrelenmesine ve çıkışın zaman alanında temel mod titremesi göstermesine neden olur.

Mod Kararsızlığını Etkileyen Faktörler

Geleneksel yüksek enerjili lazerlerin aksine, mod kararsızlığı termal etkilerden ve fiber modları arasındaki eşleşmeden kaynaklanır. Bu nedenle, mod kararsızlığını etkileyen faktörler sadece atık ısı ile değil, aynı zamanda fiberin mod özellikleriyle de ilgilidir. Başlıca etkileyen faktörler şunlardır:

Elyaf Katkılama ÖzellikleriKatkı maddesi konsantrasyonu ve katkı maddesi bölgesinin yarıçapı.

Kararma EtkileriSinyal ışık gücü, sinyal şiddeti gürültüsü ve sinyalin ilk yüksek dereceli mod oranı üzerindeki etkiler.

Pompa ÖzellikleriPompa gücü, dalga boyu ve yoğunluk modülasyonu.

Pompa Yöntemiİleriye doğru pompalama, geriye doğru pompalama, yana doğru pompalama ve çift yönlü pompalama.

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

Fiber Modunu Etkileyen FaktörlerYüksek dereceli mod kayıpları, sistem soğutma yeteneği ve fiber polarizasyon özellikleri.

Mod Kararsızlığını Bastırma Yöntemleri

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

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

Mod Kontrolünü GeliştirmeBükülme kaybını artırmak (bükülme yarıçapını azaltarak, fiber çekirdeğinin sayısal açıklığını düşürerek ve fiber sarım yöntemlerini optimize ederek) daha yüksek dereceli modları bastırmaya ve çıkış kararlılığını iyileştirmeye yardımcı olabilir.

Fiber Lazerlerde Uyarılmış Raman Saçılımı (SRS)

Uyarılmış Raman Saçılımı (SRS), bir lazer fotonunun ortamla etkileşime girmesi ve dalga boylarının daha uzun dalga boylarına kaymasına neden olması durumunda meydana gelir. SRS, artışı sınırlayan önemli bir doğrusal olmayan etkidir. fiber lazer Güç. Ytterbiyum katkılı fiberler için SRS etkisi, çekirdek çapına, fiber uzunluğuna, katkı konsantrasyonuna ve pompa yöntemine bağlıdır.

Uyarılmış Raman Saçılımını Bastırma Yöntemleri

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

Elyaf Uzunluğunun EtkisiSRS, fiber uzunluğu arttıkça azalır. Fiber uzunluğunu azaltarak çıkış gücü artırılabilir.

Doping Konsantrasyonunun EtkisiKatkı maddesi konsantrasyonu arttıkça, SRS eşiği düşer ve bu da daha düşük lazer çıkış gücüne yol açar. Yüksek güçlü fiber lazerlerde, SRS etkilerini azaltmak için düşük katkı maddesi konsantrasyonlu fiberler seçilir.

Fiber Lazer Teknolojisindeki Gelecek Gelişmeler

Geniş Mod Alanı (LMA) kazanç fiber teknolojisindeki, yüksek güçlü, yüksek parlaklıklı yarı iletken pompa kaynaklarındaki ve yüksek güçlü pompa bağlantı teknolojisindeki gelişmeler sayesinde, fiber lazerler Daha yüksek güç seviyelerine ve daha iyi ışın kalitesine doğru gelişmeye devam etmeleri bekleniyor.