Ytterbium fiber lazer: cihaz, əməliyyat prinsipi, enerji, istehsal, istifadə

Fiber lazer dağıtmaq induksiya istilik yığcam və davamlı, dəqiq və asandır. Onlar müxtəlif növ olur və bir çox digər növ lazer ilə olan öz unikal üstünlükləri var.

Fiber lazer: əməliyyat

Bu tip Devices lif əlaqəli radiasiya bərk-dövlət mənbəyi standart variasiya yerinə rod iş maye, bir boşqab və ya disk var. lif mərkəzi hissəsində dopant tərəfindən işıq. əsas strukturu kifayət qədər mürəkkəb sadə ola bilər. fiber həcmi nisbəti böyük yerüstü var, belə istilik nisbətən asanlıqla yayılır bilər, belə ki, Ytterbium fiber lazer aparat.

Fiber lazer tez-tez diode lazer köməyi ilə optik nəql, lakin bəzi hallarda olunur - Mənbənin. bu sistemi istifadə Optics ən ya onların hamısı bir-birinə bağlı orada, adətən, optik komponentləri təmsil edir. Bəzi hallarda, bir toplu optika, bəzən daxili optik lif sistemi xarici toplu optika ilə birləşdirilir.

A diode nasos mənbə çıxış fiber optik dalğa bağlı hər hansı bir diode array, və ya fərdi diodlarının bir plüralizmi, ola bilər. hər ilin sonunda aşqarlanmış lif bir güzgü boşluğu resonator var - praktikada lif Bragg şəbəkəni etmək. toplu optika bitir var da, çıxış şüa yalnız lif başqa bir şey daxil edin. yüngül guide İstənilən halda lazer boşluğu bir neçə metr uzunluğu ola bilər ki, hörülmüş bilər.

ikinüvəli

fiber lazer istifadə strukturu liflər, vacibdir. Ən ümumi bir dual-core strukturunun həndəsə edir. nəql (bəzən intima adlandırılacaq) Undoped xarici əsas işıq toplayır və lif boyunca istiqamətləndirir. lif yaradılan təkan radiasiya tez-tez bir növüdür daxili əsas keçir. daxili core nasos işıq təkan bir aşqar ytterbium var. misses ehtimalı mərkəzi əsas ışık azaldılması altıbucaqlı, D-formalı və düzbucaqlı, - o cümlədən noncircular xarici əsas bir çox formaları var.

fiber lazer son və ya yan nasos ola bilər. bir və ya daha mənbələrdən ilk dəfə işıq fiber son olur. yan nasos yüngül xarici əsas onu bəsləyən bir splitter təchiz olunur. Bu işıq oxuna perpendikulyar girdiyi lazer rod fərqlənir.

Belə bir qərar üçün struktur inkişaflar bir çox tələb edir. Əhəmiyyətli diqqət daxili əsas təkan emissiya aparıcı əhalisi inversiya istehsal əsas daxil nasos işıq ümumiləşdirilməsi ödənilir. lazer core eləcə də uzunluğu, doping asılı olaraq lif gücləndirilməsi dərəcə müxtəlif ola bilər. Bu amillər tələb parametrləri üçün dizayn mühəndis kimi müəyyən edilir.

bir-mode fiber nəzdində fəaliyyət göstərən zaman Power limit xüsusilə baş verə bilər. Belə bir əsas çox kiçik kəsiyinin sahəsi, və nəticədə çox yüksək intensivliyi therethrough işıq keçir. bu vat bir neçə min güc çıxış məhdudlaşdırır daha aydın qeyri-xətti Brüllien səpilmə, çevrilir zaman. çıxış kifayət qədər yüksək olarsa, fiber son zədələnə bilər.

Xüsusilə fiber lazer

iş maye kimi lif istifadə də zaman diode nasos işləyir böyük qarşılıqlı uzunluğu verir. heç bir diskret optika, tənzimlənməsi və ya qruplaşma tələb edən bir fotonların yüksək dönüşüm səmərəliliyinin, eləcə də etibarlı və kompakt tikinti, Bu həndəsə nəticələri.

aparat yaxşı uyğunlaşmağa imkan verir ki, fiber lazer, qalın metal vərəqələri qaynaq üçün uyğunlaşdırıla bilər və femtosecond paxlalı istehsal. Fiber-optik gücləndiricilər tək pass mənfəət təmin və onlar eyni zamanda çox dalğa gücləndirmək kimi, telekommunikasiya istifadə olunur. Eyni mənfəət bir master oscillator ilə güc gücləndiricilər istifadə olunur. Bəzi hallarda, gücləndirici davamlı dalğa lazer ilə istifadə edilə bilər.

Başqa bir misal təkan emissiya yatırıldı olan fiber-möhkəmləndirilməsi olan kortəbii emissiya mənbəyidir. Digər misal artıb dispersiya, əhəmiyyətli dərəcədə kəsmək dalğa ilə birlikdə bir Raman fiber lazer edir. Bu tədqiqat tətbiq tapmışdır harada fluoride şüşə çox standart silisium liflər istifadə nəsil və gücləndirilməsi birləşməsi.

Lakin, ümumiyyətlə, liflər əsas nadir torpaq dopant ilə silisium şüşə etdi. əsas əlavələri ytterbium və erbium var. Ytterbium 1030-dan 1080 nm dalğa var, və geniş buraxmaq bilər. 940-nm diode nasos istifadə əhəmiyyətli dərəcədə fotonların kəsiri azaldır. Ytterbium yüksək sıxlıqları da Neodimyum var nə öz-özünə quenching təsiri var, belə ki, sonuncu toplu lazer və ytterbium istifadə olunur - lif (onlar həm də eyni dalğa haqqında təmin).

Erbium gözlər üçün təhlükəsiz, sıra 1530-1620 nm saçır. tezlik fiber lazer digər növləri üçün mövcud deyil 780 nm da işıq yaratmaq üçün iki dəfə ola bilər. element erbium bu enerji nasos radiasiya udmaq və ötürmək ki Nəhayət, ytterbium erbium əlavə edə bilərsiniz. Thulium - beləliklə göz şəkillər təhlükəsiz yaxın infraqırmızı regionda emissiya, başqa dopant.

yüksək effektivliyi

fiber lazer bir kvazi-üç səviyyədə sistemidir. nasos fotonlar üst qat torpaq dövlət keçid salmaq. Laser keçid split yer dövlətlərin birində yuxarı səviyyədə aşağı hissəsi deyil. Bu, çox effektiv deyil: məsələn, ytterbium-940 nm foton nasos 1030 nm dalğa ilə bir foton və kvant qüsuru (enerji zərər), cəmi 9% saçır.

Əksinə, Neodimyum, enerji 24% itirir nm 808 at vurulub. Bunun bütün ötəri fotonların bəzi zərər nail olsa Belə ki, ytterbium mahiyyət, yüksək səmərəlilik var. Yb tezlik diapazonlarında, və erbium bir sıra nəql edilə bilər - dalğa 1480 və ya 980 nm. yüksək tezlikli ən yaxşı mənbələri mövcuddur, çünki 980 nm, hətta bu halda, kimi qüsur fotonların baxımından effektiv, lakin faydalı deyil.

fiber lazer ümumi səmərəliliyi iki addım prosesinin nəticəsidir. Birincisi, nasos diode səmərəliliyinin edir. əlaqəli radiasiya Semiconductor mənbələri 50% səmərəlilik optik daxil elektrik siqnal konvertasiya, çox effektiv. laboratoriya tədqiqatların nəticələri 70% və ya daha çox dəyər nail olmaq mümkündür ki, gəlir. tam eşleme çıxış radiasiya udma xətti optik lazer ilə əldə və yüksək nasos səmərəliliyinin edir.

İkincisi, bu optik-optik dönüşüm səmərəliliyinin. kiçik qüsur fotonlar Məni ehtiraslandırır yüksək dərəcəsi və 60-70% -i optik-optik dönüşüm səmərəliliyinin hasilatı səmərəliliyinin nail ola bilər zaman. nəticədə səmərəliliyi sıra 25-35% edir.

müxtəlif konfiqurasiyaları

Fiber kvant fasiləsiz dalğa generatorları tək və ya modlu (eninə rejimi) ola bilər. Singlemode iş və ya atmosfer vasitəsilə bir şüa göndərilməsi materialları üçün yüksək keyfiyyətli şüa istehsal və modlu sənaye fiber lazer daha çox güc yarada. Bu böyük sahə işıqlandırılır istilik müalicəsi üçün, kəsmə və qaynaq, və xüsusi istifadə olunur.

uzun lif lazer adətən paxlalı yaradan növü millisecond kvazi-daimi aparatı əhəmiyyətli deyil. Adətən vəzifə dövrü 10% -dir. Bu impuls qazma, məsələn, istifadə olunur fasiləsiz rejimdə (adətən on dəfə) daha yüksək pik güc çıxarır. tezlik müddəti asılı olaraq, 500 Hz ola bilər.

fiber lazer Q-keçid də toplu kimi çıxış edir. Tipik pulse duration microseconds üçün nanoseconds sıra edir. Artıq lif, artıq uzun zərbə nəticəsində çıxdı radiasiya Q-keçid üçün edir.

Fiber xassələri Q modulyasiya bəzi məhdudiyyətlər var. pik güc bir qədər məhdud olmalıdır ki fiber lazer qeyri-xəttilik, çünki əsas kiçik kəsiyinin sahəsi daha əhəmiyyətlidir. Siz yüksək performans, və ya fəal hissəsinin bitir bağlı optik modulators təmin Q həcmi açarları, istifadə edə bilərsiniz.

Q-keçid paxlalı bir lif və ya boşluğu resonator ilə amplified bilər. sonuncu nümunəsi fiber lazer 192 şüaları üçün master oscillator nüvə test (Qonşuluq İnvestisiya Mexanizmi, Livermore, CA), Milli Kompleksi simulyasiya bilər. şüşə böyük plitələr Kiçik paxlalı megajoules üçün amplified aşqarlanmış.

synchronization təkrar tezliyi ilə fiber lazer olaraq sinxronizasiya sxemlərin digər rejimləri kimi gücləndirən maddi uzunluğu asılıdır və pulse duration ötürücülük artırmaq üçün qabiliyyəti asılıdır. 100 FS intervalında - qısa 50 FS və ən tipik sıra var.

ytterbium və erbium lif arasında müxtəlif rejimi dispersiya fəaliyyət vasitəsi mühüm fərq var. anomal dispersiya bir bölgədə 1550 nm yayan Erbium-doped lif. Bu solitons imkan verir. Itterbievye liflər müsbət və ya normal dispersiya edir; Nəticədə, onlar tələffüz xətti tezlik modulyasiya ilə paxlalı yaratmaq. Bragg nəticəsində şəbəkəni kimi pulse uzunluğu kompres üçün lazım ola bilər.

picosecond ultrafast Araşdırmalar xüsusilə fiber-lazer paxlalı dəyişdirmək üçün bir neçə yol var. Photonic crystal liflər belə supercontinuum nəsil üçün güclü qeyri-xətti effektləri, çox kiçik özəyi ilə istehsal edilə bilər. Əksinə, photonic kristal yüksək səlahiyyət qeyri-xətti təsiri qarşısını almaq üçün çox böyük tək-mode əsas ilə istehsal edilə bilər.

yüksək enerji tələb applications üçün yaradılmış böyük əsas ilə Flexible photonic kristal fiber. üsullardan biri əsas eninə rejimi qoruyarkən lif qəsdən əyilmə hər hansı bir istenmeyen ali məqsədi rejimi aradan qaldırılması deyil. qeyri-doğrusal harmonics yaradır; və qatlama tezliyi çıxarılaraq, bir qısa və uzun dalğa yarada bilərsiniz. Qeyri-xətti təsiri də görünüşü tezliyi tarak gətirib çıxarır pulse sıxılma, istehsal edə bilər.

çox qısa paxlalı kimi supercontinuum mənbə mərhələsi modulyasiya vasitəsilə davamlı spektri istehsal edir. Məsələn, ultrabənövşəyi 1600-dən çox nm intervalında əldə ytterbium fiber lazer spektri yaradır 1050 nm, ilkin 6 ps paxlalı edir. 1550 nm dalğa da IR-nəql erbium-supercontinuum mənbəyi başqa bir mənbəyidir.

yüksək güc

Sənaye hazırda fiber lazer ən böyük istehlakçısıdır. yüksək tələbat hazırda avtomobil sənayesində istifadə kilovat sifarişi gücünü malikdir. avtomobil sənayesi davamlılıq tələblərinə cavab üçün yüksək davamlı polad avtomobil istehsalı doğru hərəkət və daha çox yanacaq iqtisadiyyatı nisbətən asan edir. Adi maşın alətləri, məsələn, polad bu növü deşik Punch və əlaqəli radiasiya mənbələri asan etmək çox çətindir.

kvant generatoru digər növləri ilə müqayisədə Kəsmə metal fiber lazer, bir sıra üstünlüklərə malikdir. Məsələn, yaxın infraqırmızı waveband yaxşı metallar sorulur. Beam kəsici və qazma zaman asanlıqla diqqət hərəkət üçün robot imkan verir lif vasitəsilə təqdim edilə bilər.

Optik lif güc yüksək tələblərinə cavab. 2014-ci ildə test Silah ABŞ Hərbi Dəniz, 6-lif 5.5 kilovat lazer bir şüa birləşdirilmiş və təşkil optik sistemi vasitəsilə radiasiya ibarətdir. 33 kW vahid məğlub etmək üçün istifadə edilmişdir insansız hava vasitəsi. beam bir-mode olmasa bu standart, hazır maddələr onların əlləri ilə bir fiber lazer yaratmaq üçün imkan verir, sistem, maraq doğurur.

IPG Photonics ən yüksək güc tək-mode əlaqəli işıq mənbələri 10 kW edir. master oscillator digər lif lazer işıq ilə 1018 nm nəql mərhələ gücləndirici təchiz optik güc, bir watt istehsal edir. Bütün sistem iki soyuducu bir ölçüsü var.

fiber lazer istifadə də yüksək enerji kəsmə və qaynaq şamil olunur. Məsələn, onlar müqavimət maddi deformasiya problemi həll polad hesabatı qaynaq əvəz. Power nəzarət və digər parametrləri çox dəqiq kəsici əyriləri, xüsusilə guşələrindən imkan verir.

ən güclü modlu fiber lazer - 100 kW up - eyni istehsalçı metallar kəsilməsi üçün. Sistem əlaqəsiz şüa birləşməsi əsasında, belə ki, super yüksək keyfiyyətli şüa deyil olunur. Bu müqavimət sənayesi üçün cəlbedici fiber lazer edir.

konkret qazma

4 kVt modlu fiber lazer çıxış kəsmə və konkret qazma üçün istifadə edilə bilər. Niyə bunu? mühəndislər mövcud binaların seysmik müqavimət nail olmaq üçün çalışırıq zaman, beton ilə çox ehtiyatlı olmalıdır. Belə polad armatur şərti zərb qazma kimi, bu yüklü zaman qüsurlar səbəb və konkret zəiflətmək, lakin fiber lazer onu sarsıdıcı olmadan kəsmək bilər.

etiketleme və ya yarımkeçirici elektronika istehsalı misal üçün istifadə olunan Q-keçid lif ilə Lasers. Onlar həmçinin sıra finders istifadə olunur: modulları bir tərəfdən ölçüsü kimin çıxış 4 kW, 50 kHz tezlik və 5-15 ns bir zərbə müddəti göz təhlükəsiz fiber lazer ehtiva edir.

səthi təmizlənməsi

mikro və nanoprocessing üçün kiçik lif lazer böyük maraq var. pulse duration daha qısa 35 ps, heç bir dərmanlama material varsa, yerüstü qat aradan qaldırılması zaman. Bu dimples və digər arzuolunmaz əsərlər meydana gəlməsini qarşısını alır. femtosecond rejiminin paxlalı dalğa həssas deyil və ətraf ərazi ətraf ərazilərdə əhəmiyyətli zərər və ya zəifləməsi olmadan işləmək üçün imkan, oturacağın deyil xətti təsiri istehsal. Bundan əlavə, deşik eni yüksək dərinliyi ilə kəsmək bilər - məsələn, tez 1 MHz tezlik ilə paslanmayan polad 800 fs paxlalı istifadə 1 mm kiçik deşik (bir neçə ms ərzində).

Bu səthi müalicə şəffaf materialları, məsələn, insan göz istehsal etmək mümkündür. göz mikro bir flap kəsmək üçün, femtosecond paxlalı səthində hər hansı bir zərər səbəb olmadan göz səthi aşağıda bir nöqtədə sıx diqqət lens vysokoaperturnym, lakin nəzarət dərinlikdə material məhv göz. görmə üçün vacibdir buynuz, hamar səth bütöv qalır. flap, alt ayrılır sonra excimer laser təşkil lens yerüstü qədər çıxardı bilər. Digər tibbi cərrahiyyə dayaz dermatologiya nüfuz, eləcə də optik koherent tomoqrafiya müəyyən növ istifadə daxildir.

femtosecond lazer

elm femtosecond lazer bir müvəqqəti qətnamə ilə lazer qəza spektroskopiyası, floresan spektroskopiyası salmaq üçün istifadə, həmçinin ümumi materialları tədqiqat üçün. Bundan əlavə, onlar metrologiya və ümumi işlər tələb femtosecond tezlik daraq istehsalı üçün tələb olunur. qısa müddətdə real applications biridir yerləşdirilməsi dəqiqliyini artırmaq ki, yeni nəsil GPS, atom saatları olacaq.

Single tezlik fiber lazer az 1 kHz spektral linewidth ilə həyata keçirilir. 10 Mvt olan 1W üçün kiçik radiasiya çıxış gücü ilə bu etkileyici cihaz. (Fiber gyroscopes ilə məsələn) rabitə, metrologiya sahəsində tətbiqi və spektroskopiya tapır.

Nə gələn var?

digər tədqiqat proqramları kimi, hələ də onların bir çox tədqiq olunur. Məsələn, fiber-lazer şüaları birləşdirən ibarətdir digər sahələrdə tətbiq oluna bilər hərbi mühəndis, ardıcıl və ya spektral birləşməsi istifadə edərək yüksək şüa almaq üçün. Nəticədə, daha çox güc bir-mode şüa əldə edilir.

fiber lazer istehsalı xüsusilə avtomobil sənayesi ehtiyacları üçün, sürətlə artır. Həmçinin, qeyri-lifli fiber cihazlar bir əvəz var. dəyəri və performans ümumi təkmilləşdirilməsi ilə yanaşı, femtosecond lazer və supercontinuum mənbələri daha praktik var. Fiber lazer daha batches işğal və lazer digər növləri üçün təkmilləşdirilməsi mənbəyi olur.