Augstas jaudas šķiedru lāzeru tehniskā evolūcija

Augstas jaudas šķiedru lāzeru tehniskā evolūcija

Optimizācijašķiedru lāzersstruktūra

1. kosmosa gaismas sūkņa struktūra

Agrīnie šķiedru lāzeri galvenokārt izmantoja optiskā sūkņa izvadi,lāzersizejas jauda ir zema, tāpēc, lai īsā laikā ātri uzlabotu šķiedru lāzeru izejas jaudu, rodas lielākas grūtības. 1999. gadā šķiedru lāzeru pētniecības un attīstības jomā izejas jauda pirmo reizi pārsniedza 10 000 vatus, šķiedru lāzera struktūra galvenokārt balstās uz optiskās divvirzienu sūknēšanas izmantošanu, veidojot rezonatoru, un šķiedru lāzera slīpuma efektivitātes pētījumā sasniedza 58,3%.
Tomēr, lai gan šķiedru sūkņa gaismas un lāzera savienošanas tehnoloģijas izmantošana šķiedru lāzeru izstrādē var efektīvi uzlabot šķiedru lāzeru izejas jaudu, tajā pašā laikā pastāv sarežģītība, kas neveicina optiskās lēcas optiskā ceļa veidošanu, kad lāzers ir jāpārvieto optiskā ceļa veidošanas procesā, tad arī optiskais ceļš ir jāpielāgo, kas ierobežo optisko sūkņa struktūras šķiedru lāzeru plašu pielietojumu.

2. tiešās oscilatora struktūra un MOPA struktūra

Attīstoties šķiedru lāzeriem, apšuvuma jaudas noņēmēji pakāpeniski ir aizstājuši lēcu komponentus, vienkāršojot šķiedru lāzeru izstrādes soļus un netieši uzlabojot šķiedru lāzeru apkopes efektivitāti. Šī attīstības tendence simbolizē šķiedru lāzeru pakāpenisku praktiskumu. Tiešā oscilatora struktūra un MOPA struktūra ir divas visizplatītākās šķiedru lāzeru struktūras tirgū. Tiešā oscilatora struktūra ir tāda, ka režģis svārstību procesā izvēlas viļņa garumu un pēc tam izvada izvēlēto viļņa garumu, savukārt MOPA izmanto režģa izvēlēto viļņa garumu kā sākuma gaismu, un sākuma gaisma tiek pastiprināta pirmā līmeņa pastiprinātāja iedarbībā, tāpēc zināmā mērā tiks uzlabota arī šķiedru lāzera izejas jauda. Ilgu laiku šķiedru lāzeri ar MPOA struktūru ir izmantoti kā vēlamā struktūra lieljaudas šķiedru lāzeriem. Tomēr turpmākajos pētījumos ir atklāts, ka lielā jauda šajā struktūrā var viegli izraisīt telpiskā sadalījuma nestabilitāti šķiedru lāzera iekšpusē, un zināmā mērā tiks ietekmēts izejas lāzera spilgtums, kas arī tieši ietekmē lieljaudas izejas efektu.

Attīstoties sūknēšanas tehnoloģijai

Agrīnā iterbija piedevu šķiedru lāzera sūknēšanas viļņa garums parasti ir 915 nm vai 975 nm, taču šie divi sūknēšanas viļņa garumi ir iterbija jonu absorbcijas maksimumi, tāpēc to sauc par tiešo sūknēšanu, tiešā sūknēšana nav plaši izmantota kvantu zudumu dēļ. Joslas ietvaros sūknēšanas tehnoloģija ir tiešās sūknēšanas tehnoloģijas paplašinājums, kurā viļņa garums starp sūknēšanas viļņa garumu un raidīšanas viļņa garumu ir līdzīgs, un joslas ietvaros sūknēšanas kvantu zudumu ātrums ir mazāks nekā tiešās sūknēšanas kvantu zudumu ātrums.

Augstas jaudas šķiedru lāzerstehnoloģiju attīstības sastrēgums

Lai gan šķiedru lāzeriem ir augsta pielietojuma vērtība militārajā, medicīnas un citās nozarēs, Ķīna ir veicinājusi šķiedru lāzeru plašu pielietojumu, pateicoties gandrīz 30 gadu ilgajai tehnoloģiju pētniecībai un attīstībai, taču, ja vēlaties, lai šķiedru lāzeri varētu radīt lielāku jaudu, esošajā tehnoloģijā joprojām pastāv daudz vājo vietu. Piemēram, vai šķiedru lāzera izejas jauda var sasniegt vienšķiedras vienmoda jaudu 36,6 kW; sūknēšanas jaudas ietekme uz šķiedru lāzera izejas jaudu; termiskās lēcas efekta ietekme uz šķiedru lāzera izejas jaudu.

Turklāt, pētot lielākas jaudas šķiedru lāzera tehnoloģiju, jāņem vērā arī šķērsvirziena režīma stabilitāte un fotonu aptumšošanas efekts. Pētījumā ir skaidrs, ka šķērsvirziena režīma nestabilitātes ietekmes faktors ir šķiedras sakaršana, un fotonu aptumšošanas efekts galvenokārt attiecas uz to, ka, nepārtraukti ražojot simtiem vatu vai vairākus kilovatus jaudas, izejas jauda strauji samazināsies, un šķiedru lāzera nepārtrauktai lielai jaudai ir zināmi ierobežojumi.

Lai gan konkrētie fotonu aptumšošanas efekta cēloņi pašlaik nav skaidri definēti, vairums cilvēku uzskata, ka skābekļa defekta centrs un lādiņa pārneses absorbcija var izraisīt fotonu aptumšošanas efektu. Pamatojoties uz šiem diviem faktoriem, tiek piedāvāti šādi fotonu aptumšošanas efekta kavēšanas veidi. Piemēram, alumīnijs, fosfors utt., lai izvairītos no lādiņa pārneses absorbcijas, un pēc tam optimizēta aktīvā šķiedra tiek testēta un pielietota, konkrētais standarts ir uzturēt 3 kW jaudu vairākas stundas un uzturēt 1 kW jaudas stabilu jaudu 100 stundas.