Vyšší výkon, kratšie impulzy a silnejší jas sú neustálym úsilím o vývoj laserovej technológie. Pri priemyselnej aplikácii pulzných laserov majú krátke pulzy a vysoké špičkové hodnoty dôležitý vplyv na efekt spracovania materiálu. V porovnaní s pevnolátkovými lasermi majú vláknové lasery viac výhod v priemernom výkone, ale sú výrazne obmedzené v špičkovom výkone. Šírka pulzu vláknových pulzných laserov bola dlhú dobu obmedzená na viac ako ns, so špičkovou hodnotou menšou ako 15 kW a štandardne 100 ns 1 mJ.
Metódy na zvýšenie pulzného špičkového výkonu
V sekvencii laserových impulzov znázornenej na OBR. 1 sa špičkový výkon rovná energii impulzu vydelenej šírkou impulzu. Preto pri rovnakých energetických podmienkach môže skrátenie šírky impulzu výrazne zvýšiť špičkový výkon. Za rovnakých podmienok šírky impulzu môže zvýšenie maximálnej hodnoty zvýšiť energiu impulzu.
Spomedzi pevných pulzných laserov, ktoré sú v súčasnosti na bežnom priemyselnom trhu, môže energia laserov so šírkou nanosekundového pulzu dosiahnuť úroveň mJ. Vypočítané pri energii 1 mJ a šírke impulzu 10 ns môže špičkový výkon dosiahnuť 100 kW. Energia pikosekundových pulzných laserov sa pohybuje okolo 300μJ. Vypočítané pri 10 ps, špičkový výkon môže dosiahnuť 30 MW. Energia femtosekundových pulzných laserov je 100μJ a šírka pulzu je 500fs, takže špičkový výkon dosahuje 200MW. Na porovnanie, špičkový výkon konvenčných nanosekundových pulzných laserov MOPA je okolo 10 kW, čo je oveľa menej ako indikátory pevných laserov.
Limitujúce faktory pri zvyšovaní špičkového výkonu pulzu vlákna
Medzi hlavné limitujúce faktory patrí päť položiek: obmedzená nosnosť, obmedzený integrál B, obmedzená účinnosť extrakcie, obmedzená kvalita lúča a obmedzený stav polarizácie. Súčasne, rôzne dané riešenia fyzikálnych mechanizmov patria do rôznych konštrukčných úrovní, vrátane: matricového materiálu, zvýšeného módového poľa, riadenej módovej štruktúry a polarizačnej štruktúry patria k úrovni návrhu vlákna; rozšírenie lúča koncového uzáveru, budenie režimu, filtrovanie režimov patrí k úrovni návrhu zariadenia; režim čerpania, filtrovanie izolácie a riadenie polarizácie patria do konštrukčnej úrovne jednotky; zvýšená šírka pásma, výber šírky impulzu, výber opakovacej frekvencie a pridelenie zisku patria k úrovni návrhu systému.
Okrem vyššie uvedených piatich položiek tu nie sú uvedené tepelné efekty, ktoré je potrebné zvážiť pri kontinuálnych vysokovýkonných vláknových laseroch, pretože priemerný výkon vláknového zosilňovača s vysokým špičkovým výkonom, ktorý sledujeme, je oveľa nižší ako rozsah, v ktorom je tepelný vplyv môže zohrávať významnú úlohu, takže tu o ňom nebudem diskutovať.
Nosnosť je obmedzená intenzitou lasera. Fyzikálny mechanizmus zahŕňa poškodenie tela a poškodenie povrchu. Medzi nimi je možné zabrániť poškodeniu povrchu technológiou koncového uzáveru a poškodenie tela je obmedzené charakteristikami materiálu matrice vlákien, čo je limitný limitujúci faktor. Prahová hodnota intenzity svetla je zvyčajne približne 4,75 kW/μm2. Pre priemer poľa režimu 50 μm dosahuje zodpovedajúci prah výkonu poškodenia 9,3 MW, čo je oveľa viac ako súčasná špičková úroveň výkonu pulzného vláknového laserového jadra a vyššie ako prahový výkon samozaostrenia. Poškodenie tela preto nie je problém, na ktorý je potrebné v súčasnosti myslieť.
Účinnosť extrakcie je obmedzená hlavne zosilnením spontánnej emisie (ASE), rozdelením zisku viacstupňového zosilňovača a pracovným cyklom impulzu v rámci stupňa. Najmä v podmienkach subnanosekundového zosilnenia krátkych impulzov ASE priamo obmedzuje zvýšenie energie impulzu a špičkového výkonu. Obmedzenie ASE však možno potlačiť racionálnym návrhom viacstupňových zosilňovačov, optimalizáciou medzistupňovej distribúcie zisku a čerpacích metód a znížením zložky ASE prenášanej do nasledujúceho stupňa pomocou spektrálnej filtrácie a akusticko-optickej filtrácie. Rozumná distribúcia zosilnenia medzi jednotlivými stupňami môže tiež pomôcť potlačiť problémy so saturáciou zosilnenia impulzu a získať dokonalejšie tvary impulzov.
Kvalita lúča je obmedzená a meraná faktorom kvality lúča M2. Ak chcete získať výstup základného režimu, hlavnou vecou je zabezpečiť jednorežimovú alebo niekoľkorežimovú prevádzku prostredníctvom návrhu štruktúry režimu optického vlnovodu. Na tomto základe sa na zlepšenie kvality lúča používa riadenie budenia režimu počas fúzie vlákien s rôznym priemerom jadra a metódy filtrovania režimu, ako je navíjanie vlákien. V súčasnosti je konvenčné optické vlákno, ktoré môže zaručiť vysokú kvalitu výstupu lúča, 30/250 a jadro špeciálnych optických vlákien, ako sú fotonické kryštály, môže byť rozšírené na približne 100 μm. Táto veľkosť poľa režimu je stále príliš malá v porovnaní s veľkosťou bodu na milimetrovej úrovni priemyselných pevnolátkových laserov. Mnoho nelineárnych efektov uvedených neskôr súvisí s integrálom B, ktorý je nepriamo úmerný oblasti poľa režimu.
Polarizačný stav je obmedzený a meraný stupňom polarizácie. Fyzikálnym mechanizmom sú hlavne polarizačné charakteristiky vlnovodu z optických vlákien. V bežných optických vláknach s dvojitým plášťom sa lineárne polarizované svetlo depolarizuje a stupeň depolarizácie je citlivý na ohyb a parametre prostredia, čo sťažuje udržanie stabilného výstupu polarizačného stavu. Za rovnakých podmienok je prah špičkového výkonu polarizovaného svetla vo všeobecnosti polovičný v porovnaní s nepolarizovaným svetlom, pretože nepolarizované svetlo možno rozložiť na dve ortogonálne zložky nepolarizovaného svetla.
Nelineárne efekty tretieho rádu v optických vláknach možno rozdeliť do dvoch kategórií: jednou z nich je efekt modulácie indexu lomu vyvolaný intenzitou svetla, vrátane samofázovej modulácie (SPM), krížovej fázovej modulácie (XPM), modulačnej nestability (MI) , štvorvlnové miešanie (FWM) a samozaostrovanie (SF); druhým je efekt neelastického rozptylu svetla, ktorý zahŕňa výmenu energie medzi fotónmi a mriežkovú vibráciu materiálu matrice, vrátane stimulovaného Brillouinovho rozptylu (SBS) a stimulovaného Ramanovho rozptylu (SRS).
Spomedzi nich najvyššia hranica závisí od prahu samozaostrenia, ktorý je pre materiály z optických vlákien asi 4 MW. Pod prahom samozaostrenia je stimulovaný Ramanov rozptyl najdôležitejším obmedzením, pretože spektrálny frekvenčný posun Ramanovho svetla v porovnaní so svetlom so základnou frekvenciou je až 60 nm. Príliš vysoké Ramanove komponenty vážne ovplyvnia funkciu magnetooptického kryštálu izolátora a spôsobia aj veľkú chromatickú aberáciu šošovky. Obrázok ukazuje vývoj filamentácie s vlastným zaostrovaním generovanej, keď špičkový výkon v optickom vlákne prekročí prah samozaostrenia.
Naša adresa
B-1507 Ruiding Mansion, č. 200 Zhenhua Rd, okres Xihu
Telefónne číslo
0086 181 5840 0345
info@brandnew-china.com
