Suuritehoisten kuitulasereiden tekninen kehitys

Suuritehoisten kuitulasereiden tekninen kehitys

Optimointikuitulaserrakenne

1, avaruusvalon pumpun rakenne

Varhaiset kuitulaserit käyttivät enimmäkseen optista pumpun lähtöä,laserKoska sen lähtöteho on alhainen, kuitulaserien lähtötehon nopea parantaminen lyhyessä ajassa on vaikeampaa. Vuonna 1999 kuitulaserien tutkimus- ja kehitystyön lähtöteho ylitti ensimmäistä kertaa 10 000 wattia. Kuitulaserin rakenne perustuu pääasiassa optiseen kaksisuuntaiseen pumppaukseen, joka muodostaa resonaattorin. Kuitulaserin kaltevuushyötysuhde oli tutkimuksessa 58,3 %.
Vaikka kuitupumppuvalon ja laserkytkentätekniikan käyttö kuitulasereiden kehittämiseen voi tehokkaasti parantaa kuitulasereiden lähtötehoa, samalla on olemassa monimutkaisuutta, joka ei edistä optisen linssin rakentamista optisen reitin rakentamisen aikana. Kun laseria on siirrettävä optisen reitin rakentamisen aikana, myös optinen reitti on säädettävä uudelleen, mikä rajoittaa optisten pumppurakenteisten kuitulasereiden laajaa käyttöä.

2, suora oskillaattorirakenne ja MOPA-rakenne

Kuitulasereiden kehityksen myötä verhoustehostimet ovat vähitellen korvanneet linssikomponentit, mikä yksinkertaistaa kuitulasereiden kehitysvaiheita ja parantaa epäsuorasti kuitulasereiden ylläpitotehokkuutta. Tämä kehityssuuntaus symboloi kuitulasereiden asteittaista käytännöllisyyttä. Suora oskillaattorirakenne ja MOPA-rakenne ovat kaksi yleisintä kuitulasereiden rakennetta markkinoilla. Suora oskillaattorirakenne on sellainen, että hila valitsee aallonpituuden värähtelyn aikana ja tuottaa sitten valitun aallonpituuden, kun taas MOPA käyttää hilan valitsemaa aallonpituutta siemenvalona, ​​ja siemenvalo vahvistetaan ensimmäisen tason vahvistimen vaikutuksesta, joten kuitulaserin lähtöteho paranee myös jossain määrin. Pitkään MPOA-rakenteen omaavia kuitulasereita on käytetty ensisijaisena rakenteena suuritehoisille kuitulasereille. Myöhemmissä tutkimuksissa on kuitenkin havaittu, että tämän rakenteen suuritehoinen lähtöteho voi helposti johtaa kuitulaserin sisäisen alueellisen jakauman epävakauteen, ja lähtölaserin kirkkaus heikkenee jossain määrin, mikä vaikuttaa myös suoraan suuritehoiseen lähtötehoon.

Pumppaustekniikan kehittyessä

Varhaisen ytterbiumilla seostetun kuitulaserin pumppausaallonpituus on yleensä 915 nm tai 975 nm, mutta nämä kaksi pumppausaallonpituutta ovat ytterbiumionien absorptiohuippuja, joten sitä kutsutaan suoraksi pumppaukseksi. Suoraa pumppausta ei ole käytetty laajalti kvanttihäviön vuoksi. Kaistan sisäinen pumppaustekniikka on suoran pumppaustekniikan laajennus, jossa pumppausaallonpituuden ja lähetysaallonpituuden välinen aallonpituus on samanlainen ja kaistan sisäisen pumppauksen kvanttihäviöaste on pienempi kuin suoran pumppauksen.

Suuritehoinen kuitulaserteknologian kehityksen pullonkaula

Vaikka kuitulasereilla on suuri sovellusarvo sotilas-, lääketieteen ja muilla teollisuudenaloilla, Kiina on edistänyt kuitulasereiden laajaa käyttöä lähes 30 vuoden teknologiatutkimuksen ja -kehityksen avulla. Jos kuitulasereista halutaan saada suurempi teho, olemassa olevassa teknologiassa on kuitenkin edelleen monia pullonkauloja. Esimerkiksi voiko kuitulaserin lähtöteho saavuttaa 36,6 kW:n yksittäiskuidun yksimooditehon; pumppaustehon vaikutus kuitulaserin lähtötehoon; lämpölinssien vaikutuksen vaikutus kuitulaserin lähtötehoon.

Lisäksi kuitulaserin suurempitehoisen teknologian tutkimuksessa tulisi ottaa huomioon myös poikittaismoodin vakaus ja fotonien tummumisvaikutus. Tutkimuksen perusteella on selvää, että poikittaismoodin epävakauden vaikuttava tekijä on kuidun lämpeneminen, ja fotonien tummumisvaikutus viittaa pääasiassa siihen, että kun kuitulaser tuottaa jatkuvasti satoja watteja tai useita kilowatteja tehoa, lähtöteho laskee nopeasti, ja kuitulaserin jatkuvaan suureen tehoon liittyy tietty rajoitus.

Vaikka fotonien tummumisvaikutuksen tarkkoja syitä ei ole vielä täysin selvitetty, useimmat uskovat, että happivirhekeskus ja varauksensiirron absorptio voivat johtaa fotonien tummumisvaikutuksen esiintymiseen. Näiden kahden tekijän perusteella ehdotetaan seuraavia tapoja estää fotonien tummumisvaikutus. Varauksensiirron absorption välttämiseksi käytetään esimerkiksi alumiinia ja fosforia. Optimoitua aktiivikuitua testataan ja käytetään, ja erityisstandardina on ylläpitää 3 kW:n teho useita tunteja ja ylläpitää 1 kW:n vakaa teho 100 tunnin ajan.