Technische evolutie van krachtige vezellasers
Optimalisatie vanvezellaserstructuur
1. Ruimtelichtpompstructuur
De eerste vezellasers maakten voornamelijk gebruik van optische pompoutput.laserDe output is laag, waardoor het lastig is om het uitgangsvermogen van fiberlasers in korte tijd snel te verhogen. In 1999 werd in het onderzoeks- en ontwikkelingsveld van fiberlasers voor het eerst een outputvermogen van meer dan 10.000 watt bereikt. De structuur van de fiberlaser maakt voornamelijk gebruik van optische bidirectionele pomping, waardoor een resonator wordt gevormd. Uit onderzoek is gebleken dat het hellingsrendement van de fiberlaser 58,3% bedraagt.
Hoewel het gebruik van glasvezelpomplicht en laserkoppelingstechnologie voor de ontwikkeling van glasvezellasers het uitgangsvermogen van glasvezellasers effectief kan verhogen, brengt dit tegelijkertijd complexiteit met zich mee. Dit is niet bevorderlijk voor de constructie van het optische pad met behulp van optische lenzen. Wanneer de laser tijdens het proces van het bouwen van het optische pad verplaatst moet worden, moet het optische pad opnieuw worden afgesteld, wat de brede toepassing van glasvezellasers met een optische pompstructuur beperkt.
2. Directe oscillatorstructuur en MOPA-structuur
Met de ontwikkeling van fiberlasers hebben cladding power strippers geleidelijk de lenscomponenten vervangen, waardoor de ontwikkelingsstappen van fiberlasers zijn vereenvoudigd en indirect de onderhoudsefficiëntie ervan is verbeterd. Deze ontwikkelingstrend symboliseert de toenemende praktische toepasbaarheid van fiberlasers. De directe oscillatorstructuur en de MOPA-structuur zijn de twee meest voorkomende structuren van fiberlasers op de markt. Bij de directe oscillatorstructuur selecteert het rooster de golflengte tijdens het oscillatieproces en zendt vervolgens de geselecteerde golflengte uit, terwijl de MOPA-structuur de door het rooster geselecteerde golflengte als zaadlicht gebruikt, dat vervolgens door een eerste-niveauversterker wordt versterkt, waardoor het uitgangsvermogen van de fiberlaser tot op zekere hoogte wordt verbeterd. Fiberlasers met een MOPA-structuur worden al lange tijd als de voorkeursstructuur gebruikt voor hoogvermogen fiberlasers. Latere studies hebben echter aangetoond dat het hoge vermogen in deze structuur gemakkelijk kan leiden tot instabiliteit van de ruimtelijke verdeling binnen de vezellaser, waardoor de helderheid van de laserstraal tot op zekere hoogte wordt beïnvloed, wat ook een directe impact heeft op het hoge vermogen.
Met de ontwikkeling van pomptechnologie
De pompgolflengte van de vroege ytterbium-gedoteerde vezellasers is meestal 915 nm of 975 nm, maar deze twee pompgolflengten zijn de absorptiepieken van ytterbiumionen, waardoor er sprake is van directe pomping. Directe pomping is echter niet wijdverspreid geraakt vanwege het kwantumverlies. In-band pomping is een uitbreiding van de directe pomping, waarbij de golflengte van de pomp en de transmissie gelijk zijn. Het kwantumverlies bij in-band pomping is daardoor kleiner dan bij directe pomping.
Krachtige vezellaserknelpunt in de technologieontwikkeling
Hoewel vezellasers een hoge toepassingswaarde hebben in de militaire, medische en andere industrieën, heeft China de brede toepassing van vezellasers bevorderd door bijna 30 jaar technologisch onderzoek en ontwikkeling. Toch zijn er nog steeds veel knelpunten in de bestaande technologie om vezellasers met een hoger vermogen te kunnen produceren. Zo is bijvoorbeeld nog onduidelijk of een vezellaser met één vezel in single-mode configuratie een vermogen van 36,6 kW kan bereiken; wat de invloed is van het pompvermogen op het uitgangsvermogen van de vezellaser; en wat de invloed is van het thermische lenseffect op het uitgangsvermogen van de vezellaser.
Daarnaast moet bij onderzoek naar technologieën voor hogere vermogensoutput van fiberlasers ook rekening worden gehouden met de stabiliteit van de transversale modus en het fotonverduisteringseffect. Uit onderzoek blijkt dat de instabiliteit van de transversale modus wordt veroorzaakt door de opwarming van de vezel. Het fotonverduisteringseffect houdt in dat wanneer de fiberlaser continu honderden watts of enkele kilowatts aan vermogen levert, het uitgangsvermogen snel afneemt. Dit wijst op een zekere beperking van de continue hoge vermogensoutput van de fiberlaser.
Hoewel de specifieke oorzaken van het fotonverduisteringseffect momenteel nog niet duidelijk zijn vastgesteld, gaan de meeste onderzoekers ervan uit dat defectcentra in zuurstof en ladingsabsorptie kunnen leiden tot het optreden van dit effect. Om deze twee factoren te remmen, worden de volgende methoden voorgesteld. Bijvoorbeeld door gebruik te maken van aluminium, fosfor, enz., om ladingsabsorptie te voorkomen. Vervolgens wordt de geoptimaliseerde actieve vezel getest en toegepast. De specifieke norm is om gedurende enkele uren een vermogen van 3 kW te handhaven en gedurende 100 uur een stabiel vermogen van 1 kW te handhaven.
Geplaatst op: 04-12-2023