Иттербиум влакна ласерски: уређај, принцип рада, снага, производња, употреба

ласери влакана су компактни и издржљив, прецизан, и лако расејања индукује топлоте. Они долазе у различитим врстама и има много тога да се уради са ласерима других типова имају своје јединствене предности.

Фибер ласери: оператион

Уређаји овог типа су стандардни варијација чврстом стању извор кохерентне зрачења из влакна, уместо род радни флуид, плоча или диск. Светлост генерише допант у централном делу влакна. Основна структура може да варира од једноставних до веома сложен. Иттербиум влакно ласерски апарат тако да влакна има велику површину у односу на ниво јачине звука, тако да топлота може бити дифузно релативно лако.

ласери влакана се упумпава оптички, често уз помоћ диода ласера, али у неким случајевима - истих извора. Оптицс користе у овим системима обично представља оптичких компоненти, при чему су већина или сви они међусобно повезани. У неким случајевима, масе оптика, а понекад интерни оптички систем влакно се комбинује са екстерним расутих оптике.

Диоду Извор Пумпа може бити низ диода, или мноштво појединачних диоде, од којих је сваки повезан са конектора оптичких влакана таласовода. Допирана влакана на сваком крају има огледало шупљина резонатор - у пракси направи влакана Брагг решетку. На крајевима расутих оптике имају, ако не и једини излаз зрак улази у нешто друго осим влакана. Светло за може бити уплетен, тако да ако се жели ласерски шупљина може имати дужину од неколико метара.

бинуклеарних

Структура влакна се користе у ласера влакнима, је важно. Најчешћи је геометрија дуал-језгро. Ундопед оутер цоре (понекад назива интиме) испумпа прикупља светлост и усмерава га дуж влакна. Стимулисане зрачење у влакнима пролази кроз унутрашњег језгра, што је често један мод. Унутрашње језгро садржи адитивно Иттербиум, стимулисан светлом пумпе. Постоје многи облици не вртим у круг спољног језгра укључујући - шестоугаоног, Д-обликованих и правоугаоним, смањујући вероватноћу промашаја светлост снопа у централном језгру.

Ласерски влакана може имати крај или бочни пумпање. У првом случају светлости од једног или више извора улази у крај влакана. Када је светлост страна пумпања се испоручује на сплитер који га храни у спољној језгру. Ово се разликује од ласерског шипке где светлост улази управно на осу.

За такву одлуку потребно много структурних развоја. Значајна пажња посвећена је сумирајући светлост пумпе у језгру да произведе инверзија популације, што је довело до стимулисане емисије у унутрашњем језгру. ласер Језгро може да има различите степене појачања у влакна зависности допинга као и на његове дужине. Ови фактори су постављени као пројектант за потребне параметре.

граница снага може доћи, нарочито када се ради у оквиру Сингле-моде Фибер. Таква језгра има веома малу површину попречног пресека, а као резултат пролази кроз њега светлост веома високог интензитета. Када то постаје израженије нелинеарно Бриллоуин расипање, који ограничава снагу од неколико хиљада вати. Ако излаз је довољно висока, крај влакна могу бити оштећени.

Нарочито влакана ласери

Употреба влакана као радни флуид даје већу дужину интеракцију, која ради и када је диода пумпање. Ова геометрија доводи до високе ефикасности конверзије фотона, као поузданих и компактном конструкцијом, у којем нема дискретне оптика, која захтева прилагођавање или поравнање.

Ласерски влакна, која апарат омогућава да добро адаптирају, може се прилагодити за заваривање дебелих лимова и производња фемтосекунд импулса. Оптички појачала обезбеђују једног пролаза добит и користе се у телекомуникацијама, јер може да појача многе таласне дужине истовремено. Исти добитак се користи у појачала са мастер осцилатор. У неким случајевима, појачало може да ради са континуираним ласером таласа.

Други пример је извор спонтане емисије из влакна-арматуре, у којој је потиснула стимулисан емисија. Други пример је ласерски Раман влакана у комбинацији са повећаним дисперзијом, значајно смицање таласне дужине. Она је нашла примену у истраживањима, где комбинација производње и амплификације коришћењем флуорида стакла уместо стандардних силицијум диоксида влакна.

Међутим, генерално, влакна направљен од силикатног стакла са ретких допант у језгру. Основни адитиви су иттербиум и Ербијум. Иттербиум има таласне дужине од 1030 до 1080 нм, и може емитовати у широком опсегу. Коришћење 940-нм диода пумпе значајно смањује дефицит фотона. Иттербиум нема ни ефекат само-гашење, које су на неодимијум при високим густинама, тако да се други користи у расутом стању ласера и итербијум - влакнима (обоје обезбеде отприлике истој таласној дужини).

Ербиум емитује у опсегу 1530-1620 нм, сигурно за очи. Фреквенција може удвостручити за генерирање свјетло на 780 нм, који није доступан за друге типове ласера влакана. Коначно, итербијум може да се дода Ербиум тако да елемент ће апсорбовати пумпе зрачења и пренесе ову енергију Ербиум. Тулијум - други допант на емисије у блиској инфрацрвеном региону, који на тај начин је безбедан за очи слике.

висока ефикасност

Ласерски влакана је систем квази-три нивоа. пумпа фотони побуђују прелаз из основног стања до горњег слоја. Ласер транзиција је од најнижег дела горњег нивоа на једној од подељене тло држава. То је веома ефикасан: на пример, итербијум-940 нм фотон Пумпа емитује фотона таласне дужине 1030 нм, и квантни квар (губитак енергије), само око 9%.

Насупрот томе, неодимијум, пумпа на 808 нм губи око 24% енергије. Тако, итербијум себи има високу ефикасност, али не све је оствариво због губитка неких од фотона. Иб може испумпава у бројним фреквентних опсега, и Ербиум - таласна дужина 1480 и 980 нм. Што је већа фреквенција није толико ефикасан у смислу дефеката фотона, али је корисно, чак иу овом случају, јер у 980 нм, најбољи извори доступне.

Укупна ефикасност ласера влакана је резултат процеса два корака. Прво, то је ефикасност пумпе диоде. извори полупроводнички кохерентног зрачења су веома ефикасни, са 50% ефикасности претварање електрични сигнал у оптички. Резултати лабораторијских испитивања указују да је могуће да се постигне вредност од 70% или више. Са тачним матцх излазном апсорпције зрачења ласера линија влакана се постиже и висок степен ефикасности пумпе.

Друго, овај оптички-оптички ефикасност конверзије. Када мали дефектни фотони може постићи висок степен ексцитације и екстракције ефикасност оптичког оптичких ефикасност конверзије од 60-70%. Добијени ефикасност је у опсегу 25-35%.

различитим конфигурацијама

Фибер куантум цонтинуоус ваве генераторс могу бити појединачни или мултимоде (попречне модес). Мономодно производе високог квалитета сноп за материјале, рад или слањем зрак кроз атмосферу, а сингле моде индустријски влакана ласери могу да генеришу већу снагу. Користи се за сечење и заваривање, а посебно, за термичку обраду, где је осветљен велики простор.

Дуго влакнасти ласер суштински квази-континуирани апарат обично милисекунди тип пулсева производних. Обично је дужност циклус је 10%. То доводи до веће максималне снаге него континуалном моду (обично десет пута) који се користи, на пример, за импулсном бушење. Фреквенција може бити 500 Хз, у зависности од трајања.

К-свитцхинг ин ласера влакнима делује као у расутом стању. Типичан трајање импулса у опсегу од наносекунди до микросекунди. Што дуже влакна, дуже је потребно за К-пребацивање излазног зрачења, што резултира дужем пулс.

својства влакана нека ограничења на К модулацију. Нелинеарности ласера влакана значајнији због малог попречног пресека језгра, тако да вршна снага треба да буду нешто ограничен. Можете користити или К звука прекидаче који омогућавају боље перформансе или оптичких модулаторе који су повезани на крајеве активног дела.

К-свитцхед пулсеви могу амплификована у влакнима или шупљине резонатора. Пример за ово друго се може наћи у Националном Цомплек симулација нуклеарних тестова (НИФ, Ливерморе, ЦА), где је ласер влакно је мајстор осцилатор за 192 греда. Мали импулси у великим плочама стакла дрогирани појачавају то својим меценама.

У ласери влакана са синхронизација понављања фреквенције зависи од дужине ојачање материјала, као иу осталим видовима синхронизације кола и трајање импулса зависи од способности да унапреди проток. Најкраће су у распону од 50 фс, и најтипи - у опсегу од 100 фс.

Између итербијум и Ербиум влакана, постоји битна разлика, при чему раде у различитим режимима дисперзији. Ербиум-допед фибер емитују 1550 нм у региону неправилном дисперзије. Ово омогућава солитона. Иттербиевие влакна су у позитивном или нормалним дисперзија; као резултат, они генеришу импулсе са линеарним фреквентном модулацијом казне. Као резултат Брагу решетка може бити потребно да се сабије дужине пулса.

Постоји неколико начина да се модификују влакана ласерске импулсе, посебно за пицосецонд ултрабрзих студије. Пхотониц кристала влакна могу да се произведу са веома малим језгрима за снажним нелинеарне ефекте, као што је на суперцонтинуум генерације. Насупрот томе, фотонски кристали могу бити произведени са веома великим сингле-моде језгра како би се избегла нелинеарних ефеката на високим силама.

Флексибилан фотонски кристал влакана са великим језгром створен за апликације које захтевају велику снагу. Један од метода је намерно савијање влакна да се уклоне нежељени виших модова реда задржавајући фундаменталну попречну мод. Нон-линеарност ствара хармоника; и одузимањем учесталост савијања, можете да направите краће и дуже таласне дужине. Нелинеарни ефекти могу произвести компресијом импулса, што доводи до појаве фреквенције чешљева.

Извор суперцонтинуум веома кратке импулсе произведе континуални спектар кроз фазна модулација. На пример, од почетних 6 ПС импулса на 1050 нм, који ствара иттербиум влакана ласерски спектра добијеног у опсегу од ултраљубичасте до више од 1600 нм. Други извор ИР-упумпава Ербиум-суперцонтинуум извору на таласној дужини од 1550 нм.

хигх повер

Индустрија је тренутно највећи потрошач ласера влакана. У велике потражње сада има моћ реда киловата који се користе у аутомобилској индустрији. Аутомобилска индустрија креће ка производњи челика високе чврстоће аутомобила да задовољи захтеве трајности и релативно лако већу потрошњу горива. Конвенционалних алатних машина је веома тешко, на пример, стварају рупе у ову врсту челика и извори кохерентан зрачења олакшавају.

Сечење ласером метала влакана, у поређењу са другим врстама квантне генератора има бројне предности. На пример, у близини инфрацрвена Важно подручје добро апсорбује метале. Зрак може бити испоручен преко влакна, што омогућава робот се лако помера фокус приликом резања и бушења.

Оптичко влакно задовољава највише захтеве за напајање. Оружје УС Нави, тестиран 2014. године, састоји се од 6-фибер 5.5-киловат ласере комбиноване у једном зраком и шириле кроз формирање оптичког система. 33 кВт јединица је коришћен да победи један беспилотна летелица. Иако је зрак није сингле моде, систем је од интереса, јер омогућава да се створи ласер влакана са рукама од стандардних, лако доступних састојака.

Највиши снага сингле-моде кохерентне изворе светлости у ИПГ Пхотоницс је 10 кВ. Господар осцилатор производи ват оптичких моћи, која се испоручује на појачало фазу убачен у 1018 нм са обзиром на другим ласерима влакана. Цео систем је величине два фрижидера.

Употреба ласера влакана су такође проширена на високом сечење снаге и заваривање. На пример, они замењени отпорно заваривање челичног лима решавање проблема деформације материјала. Контрола снаге и осталих параметара омогућава веома прецизне криве за сечење, посебно углова.

Најмоћнији мултимодно фибер ласер - за сечење метала из истог произвођача - до 100 кВ. Систем се заснива на комбинацији инкохерентан снопа, тако да није супер висококвалитетни зрак. Овај отпор чини ласере влакана атрактивне за индустрију.

бушење бетона

Мултимоде ласерски влакана излаз 4 кВ може да се користи за сечење и бушење бетона. Зашто то? Када су инжењери покушавају да постигну сеизмичке отпорности постојећих објеката, бити веома опрезни са бетоном. Када је инсталиран у њој, као што су челичне арматуре конвенционална удараљки бушење може да изазове недостатке и ослабити бетона, али фибер ласери цут без да га сломе.

Ласери са влакнима К-свитцхед користе на пример за означавање или у производњи полупроводничких електронике. Такође се користе у мерачи раздаљине: модули су величине шаке садрже оку-сафе влакана ласере чији излаз 4 кВ, учесталост 50 кХз и трајања импулс 5-15 нс.

сурфаце треатмент

Постоји велико интересовање у малим ласера влакнима за микро и нанопроцессинг. Приликом уклањања површинског слоја, уколико је трајање импулсног краћи од 35 пс, не прскањем материјал. Ово спречава формирање јамице и других нежељених артефаката. Импулси у фемтосекунд режиму производе нелинеарне ефекте који нису осетљиви на таласној дужини и околно подручје није загрева омогућавајући рад без знатне штете или слабљење околних подручја. Додатно, рупе могу бити сечена са великом дубином до ширине - на пример, брзо (у року од неколико милисекунди) рупице од 1 мм коришћењем нерђајућег челика 800-ФС импулсе са фреквенцијом од 1 МХз.

Такође је могуће произвести површински третирани транспарентних материјала, нпр људском оку. Да скратимо поклопац на микрохирургију ока, фемтосекунд импулса високоапертурним чврсто фокус објектив на месту испод површине ока, без икаквих оштећења на површини, али је око уништавањем материјала на контролисаном дубине. Глатка површина рожњаче, што је од суштинског значаја за вид остаје нетакнут. Клапна је одвојен од дна, онда се може извукао на површину Екцимер Ласер формирања објектив. Остали медицински апликације укључују операцију плитак продирање у дерматологији, као и коришћење одређених врста оптичке кохеренције томографија.

фемтосекунд ласери

Фемтосекунд ласери у науци користе да побуде ласерски слом спектроскопија, флуоресцентна спектроскопија са временском резолуцијом, као и за опште истраживање материјала. Поред тога, они су потребни за производњу фемтосекунд фреквентног саћа потребна за метрологију и општим студијама. Један од правих апликација у кратком року ће бити атомски часовници у ГПС сателита нове генерације, које ће повећати прецизност позиционирања.

Сингле ласерски фреквенција влакно се врши са спектралне линеВидтх мање од 1 кХз. Ова импресивна уређај са малом зрачења излазне снаге од 10 МВ на 1В. Проналази примену у области комуникација, метрологије (на пример у жироскопа влакана) и спектроскопију.

Шта је следеће?

Што се тиче других истраживачких апликације, она је још увек многи од њих су студирали. На пример, војни инжењеринг, која се може применити у другим областима, који се састоји у комбиновању а фибер-ласерске зраке да се добије висок сноп помоћу кохерентне или спектралне комбинацију. Као резултат тога, више снаге се постиже у сингле-моде зрака.

Производња ласера влакана брзо расте, посебно за аутомобилску индустрију. Исто тако, постоји замена не-влакнастих уређаја влакана. Поред општих побољшања у трошковима и перформансама, има више практичне фемтосекунд ласери и извори суперцонтинуум. ласери Фибер заузимају више нише и постати извор побољшања за друге врсте ласера.