Evolução técnica dos lasers de fibra de alta potência

Evolução técnica dos lasers de fibra de alta potência

Otimização delaser de fibraestrutura

1, estrutura da bomba de luz espacial

Os primeiros lasers de fibra usavam principalmente saída de bomba óptica,laserSua potência de saída é baixa, o que dificulta a melhoria rápida da potência de saída dos lasers de fibra em um curto período de tempo. Em 1999, a potência de saída do campo de pesquisa e desenvolvimento de lasers de fibra ultrapassou 10.000 watts pela primeira vez. A estrutura do laser de fibra baseia-se principalmente no uso de bombeamento bidirecional óptico, formando um ressonador. A eficiência de inclinação do laser de fibra atingiu 58,3% durante a investigação.
No entanto, embora o uso de luz de bombeamento de fibra e tecnologia de acoplamento de laser para desenvolver lasers de fibra possa efetivamente melhorar a potência de saída dos lasers de fibra, ao mesmo tempo há uma complexidade que não é propícia à lente óptica para construir o caminho óptico, uma vez que o laser precisa ser movido no processo de construção do caminho óptico, então o caminho óptico também precisa ser reajustado, o que limita a ampla aplicação de lasers de fibra com estrutura de bombeamento óptico.

2, estrutura do oscilador direto e estrutura MOPA

Com o desenvolvimento dos lasers de fibra, os decapadores de potência de revestimento substituíram gradualmente os componentes da lente, simplificando as etapas de desenvolvimento dos lasers de fibra e, indiretamente, melhorando a eficiência de manutenção dos lasers de fibra. Essa tendência de desenvolvimento simboliza a praticidade gradual dos lasers de fibra. A estrutura de oscilador direto e a estrutura MOPA são as duas estruturas de lasers de fibra mais comuns no mercado. A estrutura de oscilador direto consiste em uma grade que seleciona o comprimento de onda no processo de oscilação e, em seguida, emite o comprimento de onda selecionado, enquanto a MOPA utiliza o comprimento de onda selecionado pela grade como luz semente, e a luz semente é amplificada sob a ação do amplificador de primeiro nível, de modo que a potência de saída do laser de fibra também será melhorada até certo ponto. Por um longo período, os lasers de fibra com estrutura MPOA têm sido usados ​​como a estrutura preferencial para lasers de fibra de alta potência. No entanto, estudos subsequentes descobriram que a alta potência de saída nessa estrutura pode facilmente levar à instabilidade da distribuição espacial dentro do laser de fibra, e o brilho do laser de saída será afetado até certo ponto, o que também tem um impacto direto no efeito de alta potência de saída.

Com o desenvolvimento da tecnologia de bombeamento

O comprimento de onda de bombeamento dos primeiros lasers de fibra dopados com itérbio é geralmente de 915 nm ou 975 nm, mas esses dois comprimentos de onda de bombeamento são os picos de absorção dos íons de itérbio, por isso é chamado de bombeamento direto. O bombeamento direto não tem sido amplamente utilizado devido à perda quântica. A tecnologia de bombeamento em banda é uma extensão da tecnologia de bombeamento direto, na qual o comprimento de onda entre o comprimento de onda de bombeamento e o comprimento de onda de transmissão é semelhante, e a taxa de perda quântica do bombeamento em banda é menor do que a do bombeamento direto.

Laser de fibra de alta potênciagargalo no desenvolvimento tecnológico

Embora os lasers de fibra tenham alto valor de aplicação nas indústrias militar, médica e outras, a China promoveu sua ampla aplicação por meio de quase 30 anos de pesquisa e desenvolvimento tecnológico. No entanto, se se deseja que os lasers de fibra produzam maior potência, ainda existem muitos gargalos na tecnologia existente. Por exemplo, se a potência de saída do laser de fibra pode atingir 36,6 kW em modo único de fibra; a influência da potência de bombeamento na potência de saída do laser de fibra; e a influência do efeito da lente térmica na potência de saída do laser de fibra.

Além disso, a pesquisa sobre a tecnologia de laser de fibra de alta potência também deve considerar a estabilidade do modo transversal e o efeito de escurecimento de fótons. A investigação demonstrou que o fator de influência da instabilidade do modo transversal é o aquecimento da fibra, e o efeito de escurecimento de fótons refere-se principalmente ao fato de que, quando o laser de fibra fornece continuamente centenas de watts ou vários quilowatts de potência, a potência de saída apresentará uma tendência de declínio rápido, havendo um certo grau de limitação na alta potência contínua do laser de fibra.

Embora as causas específicas do efeito de escurecimento de fótons não tenham sido claramente definidas até o momento, a maioria das pessoas acredita que o centro de defeitos de oxigênio e a absorção de transferência de carga podem levar à ocorrência do efeito de escurecimento de fótons. Considerando esses dois fatores, as seguintes maneiras são propostas para inibir o efeito de escurecimento de fótons. Como alumínio, fósforo, etc., para evitar a absorção de transferência de carga, a fibra ativa otimizada é testada e aplicada. O padrão específico é manter uma potência de saída de 3 kW por várias horas e manter uma potência de saída de 1 kW estável por 100 horas.