A nagyobb teljesítmény, a rövidebb impulzusok és az erősebb fényerő a lézertechnológia folyamatos fejlesztése. Az impulzuslézerek ipari alkalmazásakor a rövid impulzusok és a magas csúcsértékek jelentős hatással vannak az anyagfeldolgozási hatásra. A szilárdtest-lézerekhez képest a szálas lézereknek több előnyük van az átlagos teljesítmény tekintetében, de jelentősen korlátozottak a csúcsteljesítményben. A szálas impulzuslézerek impulzusszélességét sokáig ns-nál nagyobbra korlátozták, a csúcsérték 15 kW-nál kisebb, a szabvány pedig 100 ns 1 mJ.
Módszerek az impulzus csúcsteljesítményének növelésére
Az 1. ábrán látható lézerimpulzus-sorozatban a csúcsteljesítmény egyenlő az impulzusenergia osztva az impulzus szélességével. Ezért azonos energiaviszonyok mellett az impulzusszélesség lerövidítése nagymértékben növelheti a csúcsteljesítményt. Azonos impulzusszélességi feltételek mellett a csúcsérték növelése növelheti az impulzus energiáját.
A jelenleg a fő ipari piacon lévő szilárd impulzuslézerek közül a nanoszekundumos impulzusszélességű lézerek energiája elérheti a mJ szintet. 1 mJ energiával és 10 ns impulzusszélességgel számolva a csúcsteljesítmény elérheti a 100 kW-ot. A pikoszekundumos impulzuslézerek energiája körülbelül 300 μJ. 10ps-re számolva a csúcsteljesítmény elérheti a 30MW-ot. A femtoszekundumos impulzuslézerek energiája 100μJ, az impulzus szélessége 500fs, így a csúcsteljesítmény eléri a 200MW-ot. Összehasonlításképpen, a hagyományos MOPA nanoszekundumos impulzuslézerek csúcsteljesítménye 10 kW körül van, ami jóval alacsonyabb, mint a szilárd lézerek mutatói.
Korlátozó tényezők a szálimpulzus-csúcsteljesítmény növelésében
A fő korlátozó tényezők öt elemet foglalnak magukban: korlátozott teherbírás, korlátozott B-integrál, korlátozott elszívási hatékonyság, korlátozott sugárminőség és korlátozott polarizációs állapot. Ugyanakkor a megadott különböző fizikai mechanizmus-megoldások különböző tervezési szintekhez tartoznak, ideértve: mátrixanyag, megnövelt módusú mező, irányított módusú struktúra és polarizációs szerkezet a száltervezési szinthez tartozik; a végsapka nyaláb kiterjesztése, üzemmód gerjesztés, mód szűrés a készülék tervezési szintjéhez tartozik; a szivattyúzási mód, a leválasztási szűrés és a polarizációszabályozás az egység tervezési szintjéhez tartozik; a megnövelt sávszélesség, az impulzusszélesség kiválasztása, az ismétlési frekvencia kiválasztása és az erősítés kiosztása a rendszer tervezési szintjéhez tartozik.
A fenti öt tételen kívül a folyamatos nagy teljesítményű szálas lézereknél figyelembe veendő hőhatásokat itt nem soroljuk fel, mivel az általunk követett nagy csúcsteljesítményű szálas erősítő átlagos teljesítménye jóval alacsonyabb, mint a hőhatás. hatás jelentős szerepet játszhat, ezért itt nem lesz szó róla.
A terhelhetőséget a lézer intenzitása korlátozza. A fizikai mechanizmus magában foglalja a test sérülését és a felületi károsodást. Ezek közül a felületi sérülés elkerülhető a végzáró technológiával, a test sérülését pedig a szálmátrix anyagának jellemzői korlátozzák, ami a határt korlátozó tényező. Általában a fényintenzitás küszöbértéke körülbelül 4,75 kW/μm2. 50 μm-es üzemmódmező-átmérőnél a megfelelő károsodási teljesítmény küszöbértéke eléri a 9,3 MW-ot, ami sokkal magasabb, mint az impulzusszálas lézermag jelenlegi csúcsteljesítmény-szintje és magasabb, mint az önfókuszáló küszöbteljesítmény. Ezért a test károsodása jelenleg nem olyan probléma, amelyet figyelembe kell venni.
Az extrakciós hatékonyságot elsősorban a spontán emisszió (ASE) erősítése, a többfokozatú erősítő erősítési eloszlása és az impulzus fokozaton belüli munkaciklusa korlátozza. Különösen a nanoszekundumos alatti rövid impulzuserősítés esetén az ASE közvetlenül korlátozza az impulzusenergia és a csúcsteljesítmény növekedését. Az ASE korlátozása azonban elnyomható többfokozatú erősítők racionális tervezésével, a fokozatok közötti erősítési eloszlás és pumpálási módszerek optimalizálásával, valamint spektrális szűréssel és akuszto-optikai szűréssel a következő fokozatba továbbított ASE komponens csökkentésével. Az ésszerű fokozatok közötti erősítés-eloszlás segíthet az impulzuserősítés telítettségi problémáinak elnyomásában és tökéletesebb impulzushullámformák elérésében.
A sugár minőségét az M2 sugárminőségi tényező korlátozza és méri. Az alapmódusú kimenet megszerzéséhez a legfontosabb az egymódusú vagy néhány üzemmódú működés biztosítása az optikai hullámvezető módusú szerkezet kialakításán keresztül. Ezen az alapon a különböző magátmérőjű szálak fúziója során a módusgerjesztés szabályozását és az üzemmódszűrési módszereket, például a száltekercselést használják a sugár minőségének javítására. Jelenleg a hagyományos optikai szál, amely garantálja a magas sugárminőségű kimenetet, 30/250, és a speciális optikai szálak, például a fotonikus kristályok magja körülbelül 100 μm-re bővíthető. Ez a módmezőméret még mindig túl kicsi az ipari szilárdtestlézerek milliméter szintű foltméretéhez képest. Sok később említett nemlineáris hatás a B integrálhoz kapcsolódik, amely fordítottan arányos a módusmező területével.
A polarizációs állapotot a polarizáció mértéke korlátozza és méri. A fizikai mechanizmus elsősorban az optikai szál hullámvezető polarizációs jellemzői. A hagyományos kettős bevonatú optikai szálakban a lineárisan polarizált fény depolarizálódik, és a depolarizáció mértéke érzékeny a hajlításra és a környezeti paraméterekre, ami megnehezíti a stabil polarizációs állapot fenntartását. Ugyanilyen körülmények között a polarizált fény csúcsteljesítmény-küszöbe általában fele a nem polarizált fényének, mivel a nem polarizált fény két egymásra merőleges, nem polarizált fénykomponensre bontható.
Az optikai szálak harmadrendű nemlineáris effektusai két kategóriába sorolhatók: az egyik a fényintenzitás által kiváltott törésmutató modulációs hatás, beleértve az önfázisú modulációt (SPM), a keresztfázisú modulációt (XPM), a modulációs instabilitást (MI). , négyhullámú keverés (FWM) és önfókuszálás (SF); a másik a rugalmatlan fényszórási hatás, amely a fotonok közötti energiacserét és a mátrixanyag rácsrezgését foglalja magában, beleértve a stimulált Brillouin-szórást (SBS) és a stimulált Raman-szórást (SRS).
Közülük a legmagasabb határ az önfókuszálási küszöbtől függ, ami az optikai szálas anyagoknál körülbelül 4 MW. Az önfókuszálási küszöb alatt a stimulált Raman-szórás jelenti a legfontosabb korlátot, mivel a Raman-fény spektrális frekvenciaeltolódása az alapfrekvenciás fényhez képest akár 60 nm. A túl magas Raman komponensek súlyosan befolyásolják az izolátor magneto-optikai kristályának működését, és nagy kromatikus aberrációt is okoznak az objektívben. Az ábra az önfókuszáló filamentáció alakulását mutatja, amely akkor keletkezik, ha az optikai szál csúcsteljesítménye meghaladja az önfókuszálási küszöböt.
A címünk
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Xihu District
Telefonszám
0086 181 5840 0345
info@brandnew-china.com
