Evoluzione tecnica dei laser a fibra ad alta potenza

Evoluzione tecnica dei laser a fibra ad alta potenza

Ottimizzazione dilaser a fibrastruttura

1, struttura della pompa di luce spaziale

I primi laser a fibra utilizzavano principalmente l'uscita della pompa ottica,laseruscita, la sua potenza di uscita è bassa, per migliorare rapidamente la potenza di uscita dei laser a fibra in un breve periodo di tempo c'è una maggiore difficoltà. Nel 1999, la potenza di uscita del campo di ricerca e sviluppo dei laser a fibra ha superato per la prima volta i 10.000 watt, la struttura del laser a fibra è principalmente l'uso del pompaggio ottico bidirezionale, formando un risonatore, con l'indagine l'efficienza di pendenza del laser a fibra ha raggiunto il 58,3%.
Tuttavia, sebbene l'utilizzo della tecnologia di pompaggio a fibra e di accoppiamento laser per lo sviluppo di laser a fibra possa effettivamente migliorare la potenza di uscita dei laser a fibra, allo stesso tempo presenta una complessità che non favorisce la costruzione del percorso ottico tramite lenti ottiche. Infatti, se il laser deve essere spostato durante la costruzione del percorso ottico, quest'ultimo deve essere riposizionato, il che limita l'ampia applicazione dei laser a fibra con struttura di pompaggio ottico.

2. Struttura dell'oscillatore diretto e struttura MOPA

Con lo sviluppo dei laser a fibra, i dispositivi di rimozione della potenza dal rivestimento hanno gradualmente sostituito le lenti, semplificando le fasi di sviluppo dei laser a fibra e migliorando indirettamente l'efficienza della manutenzione. Questa tendenza evolutiva simboleggia la progressiva diffusione pratica dei laser a fibra. Le strutture a oscillatore diretto e a MOPA sono le due strutture più comuni di laser a fibra sul mercato. Nella struttura a oscillatore diretto, il reticolo seleziona la lunghezza d'onda durante il processo di oscillazione e la emette in uscita, mentre nella struttura MOPA la lunghezza d'onda selezionata dal reticolo viene utilizzata come luce di innesco, che viene amplificata dall'amplificatore di primo livello, migliorando così la potenza di uscita del laser a fibra. Per lungo tempo, i laser a fibra con struttura MOPA sono stati la struttura preferita per i laser a fibra ad alta potenza. Tuttavia, studi successivi hanno scoperto che l'elevata potenza in uscita in questa struttura può facilmente portare all'instabilità della distribuzione spaziale all'interno del laser a fibra, e la luminosità del laser in uscita ne risentirà in una certa misura, il che ha anche un impatto diretto sull'effetto di elevata potenza in uscita.

Con lo sviluppo della tecnologia di pompaggio

La lunghezza d'onda di pompaggio dei primi laser a fibra drogata con ittrio era solitamente di 915 nm o 975 nm, ma queste due lunghezze d'onda di pompaggio corrispondono ai picchi di assorbimento degli ioni di ittrio, quindi si parlava di pompaggio diretto. Il pompaggio diretto non è stato ampiamente utilizzato a causa delle perdite quantiche. La tecnologia di pompaggio in banda è un'estensione della tecnologia di pompaggio diretto, in cui la lunghezza d'onda tra la lunghezza d'onda di pompaggio e quella di trasmissione è simile, e il tasso di perdita quantica del pompaggio in banda è inferiore a quello del pompaggio diretto.

Laser a fibra ad alta potenzacollo di bottiglia nello sviluppo tecnologico

Sebbene i laser a fibra abbiano un elevato valore applicativo in ambito militare, medico e in altri settori, la Cina ha promosso la loro ampia diffusione grazie a quasi 30 anni di ricerca e sviluppo tecnologico. Tuttavia, per ottenere una maggiore potenza di uscita, la tecnologia attuale presenta ancora diverse criticità. Ad esempio, non è ancora chiaro se un laser a fibra monomodale possa raggiungere i 36,6 kW di potenza; qual è l'influenza della potenza di pompaggio sulla potenza di uscita del laser a fibra? E qual è l'influenza dell'effetto lente termica sulla potenza di uscita del laser a fibra?

Inoltre, la ricerca di tecnologie per ottenere una maggiore potenza di uscita nei laser a fibra dovrebbe considerare anche la stabilità del modo trasversale e l'effetto di oscuramento dei fotoni. Dalle indagini è emerso chiaramente che il fattore che influenza l'instabilità del modo trasversale è il riscaldamento della fibra, mentre l'effetto di oscuramento dei fotoni si riferisce principalmente al fatto che, quando il laser a fibra eroga continuamente centinaia di watt o diversi kilowatt di potenza, la potenza di uscita mostra una rapida tendenza al declino, e vi è un certo grado di limitazione all'erogazione continua di alta potenza del laser a fibra.

Sebbene le cause specifiche dell'effetto di oscuramento fotonico non siano state ancora chiaramente definite, la maggior parte degli esperti ritiene che i centri di difetto dell'ossigeno e l'assorbimento del trasferimento di carica possano portare al verificarsi di tale effetto. Sulla base di questi due fattori, vengono proposti i seguenti metodi per inibire l'effetto di oscuramento fotonico. Ad esempio, l'alluminio, il fosforo, ecc., in modo da evitare l'assorbimento del trasferimento di carica, e successivamente la fibra attiva ottimizzata viene testata e applicata, con lo standard specifico di mantenere una potenza di uscita di 3 kW per diverse ore e una potenza di uscita stabile di 1 kW per 100 ore.