אבולוציה טכנית של לייזרי סיבים בעלי עוצמה גבוהה

אבולוציה טכנית של לייזרי סיבים בעלי עוצמה גבוהה

אופטימיזציה שללייזר סיביםמִבְנֶה

1, מבנה משאבת אור חלל

לייזרי סיבים מוקדמים השתמשו בעיקר בפלט משאבה אופטית,לייזרתפוקה, הספק המוצא שלו נמוך, על מנת לשפר במהירות את הספק המוצא של לייזר סיבים בפרק זמן קצר, קיים קושי גדול יותר. בשנת 1999, הספק המוצא של תחום המחקר והפיתוח של לייזר סיבים חצה לראשונה את רף 10,000 וואט, מבנה לייזר הסיבים מבוסס בעיקר על שימוש בשאיבה דו-כיוונית אופטית, היוצרת מהוד, כאשר יעילות השיפוע של לייזר הסיבים הגיעה ל-58.3%.
עם זאת, למרות שהשימוש באור משאבת סיבים וטכנולוגיית צימוד לייזר לפיתוח לייזרי סיבים יכול לשפר ביעילות את עוצמת הפלט של לייזרי סיבים, אך יחד עם זאת קיימת מורכבות שאינה תורמת לעדשה האופטית לבניית נתיב אופטי. לאחר שצריך להזיז את הלייזר בתהליך בניית הנתיב האופטי, יש צורך גם לכוונן מחדש את הנתיב האופטי, מה שמגביל את היישום הרחב של לייזרי סיבים בעלי מבנה משאבה אופטי.

2, מבנה מתנד ישיר ומבנה MOPA

עם התפתחות לייזרי סיבים, מחליפי כוח חיפוי החליפו בהדרגה את רכיבי העדשה, פישטו את שלבי הפיתוח של לייזרי סיבים ובעקיפין שיפרו את יעילות התחזוקה של לייזרי סיבים. מגמת פיתוח זו מסמלת את הפרקטיות ההדרגתית של לייזרי סיבים. מבנה מתנד ישיר ומבנה MOPA הם שני המבנים הנפוצים ביותר של לייזרי סיבים בשוק. מבנה המתנד הישיר הוא שהסורג בוחר את אורך הגל בתהליך התנודה, ולאחר מכן מוציא את אורך הגל הנבחר, בעוד ש-MOPA משתמש באורך הגל שנבחר על ידי הסורג כאור זרע, ואור הזרע מוגבר תחת פעולת המגבר ברמה הראשונה, כך שגם עוצמת הפלט של לייזר הסיבים תשתפר במידה מסוימת. במשך תקופה ארוכה, לייזרי סיבים עם מבנה MPOA שימשו כמבנה המועדף עבור לייזרי סיבים בעלי עוצמה גבוהה. עם זאת, מחקרים מאוחרים יותר מצאו כי תפוקת ההספק הגבוהה במבנה זה מובילה בקלות לחוסר יציבות של ההתפלגות המרחבית בתוך לייזר הסיבים, ובהירות לייזר הפלט תושפע במידה מסוימת, מה שיש לו גם השפעה ישירה על אפקט תפוקת ההספק הגבוה.

עם התפתחות טכנולוגיית השאיבה

אורך הגל של השאיבה של לייזר הסיבים המסומם באיטביום המוקדם הוא בדרך כלל 915 ננומטר או 975 ננומטר, אך שני אורכי גל שאיבה אלה הם שיאי הבליעה של יוני איטביום, ולכן היא נקראת שאיבה ישירה. שאיבה ישירה לא הייתה בשימוש נרחב בגלל אובדן הקוונטי. טכנולוגיית שאיבה בתוך הפס היא הרחבה של טכנולוגיית שאיבה ישירה, שבה אורך הגל בין אורך הגל של השאיבה לבין אורך הגל המשדר דומה, וקצב האובדן הקוונטי של שאיבה בתוך הפס קטן יותר מזה של שאיבה ישירה.

לייזר סיבים בעוצמה גבוההצוואר בקבוק בפיתוח טכנולוגי

למרות שללייזרי סיבים יש ערך יישום גבוה בתעשיות צבאיות, רפואיות ואחרות, סין קידמה את היישום הנרחב של לייזי סיבים במשך כמעט 30 שנות מחקר ופיתוח טכנולוגי. אך אם רוצים לייזר סיבים יוכל להפיק הספק גבוה יותר, עדיין קיימים צווארי בקבוק רבים בטכנולוגיה הקיימת. לדוגמה, האם הספק המוצא של לייזר סיבים יכול להגיע ל-36.6 קילוואט במצב יחיד של סיב בודד; השפעת הספק השאיבה על הספק המוצא של לייזר הסיבים; והשפעת העדשה התרמית על הספק המוצא של לייזר סיבים.

בנוסף, במחקר טכנולוגיית תפוקת הספק גבוהה יותר של לייזר סיבים צריך לקחת בחשבון גם את יציבות המצב הרוחבי ואת אפקט החשכת הפוטונים. באמצעות המחקר, ברור שגורם ההשפעה של חוסר היציבות במצב הרוחבי הוא חימום הסיבים, ואפקט החשכת הפוטונים מתייחס בעיקר לכך שכאשר לייזר הסיבים מפיק ברציפות מאות וואט או כמה קילוואט של הספק, הספק המוצא יראה מגמת ירידה מהירה, וישנה מגבלה מסוימת על תפוקת ההספק הגבוהה הרציפה של לייזר הסיבים.

למרות שהגורמים הספציפיים לאפקט החשכת הפוטונים לא הוגדרו בבירור כיום, רוב האנשים מאמינים שמרכז פגם חמצן וספיגת העברת מטען יכולים להוביל להופעת אפקט החשכת הפוטונים. על סמך שני גורמים אלה, מוצעות הדרכים הבאות לעיכוב אפקט החשכת הפוטונים. כגון אלומיניום, זרחן וכו', על מנת למנוע ספיגת העברת מטען, ולאחר מכן נבדקים ומיושמים סיבים פעילים אופטימליים, הסטנדרט הספציפי הוא שמירה על תפוקת חשמל של 3 קילוואט למשך מספר שעות ושמירה על תפוקה יציבה של 1 קילוואט למשך 100 שעות.