Suure võimsusega kiudlaserite tehniline areng

Suure võimsusega kiudlaserite tehniline areng

Optimeeriminekiudlaserstruktuur

1, kosmosevalguspumba struktuur

Varased kiudlaserid kasutasid enamasti optilise pumba väljundit,laserväljundvõimsus on madal, mistõttu on kiudlaserite väljundvõimsuse kiire ja lühikese aja jooksul kiire parandamine keeruline. 1999. aastal ületas kiudlaserite uurimis- ja arendustegevuse väljundvõimsus esmakordselt 10 000 vatti. Kiudlaseri struktuur põhineb peamiselt optilisel kahesuunalisel pumpamisel, moodustades resonaatori. Kiudlaseri kalde efektiivsuse uuring näitas, et see ulatus 58,3%-ni.
Kuigi kiudlaserite väljatöötamisel kasutatakse kiudpumba valgus- ja lasersidestustehnoloogiat, saab kiudlaserite väljundvõimsust tõhusalt parandada, on samal ajal tegemist keerukusega, mis ei soodusta optilise läätse optilise tee moodustamist. Kui laserit tuleb optilise tee moodustamise käigus liigutada, tuleb ka optilist teed uuesti reguleerida, mis piirab optilise pumba struktuuriga kiudlaserite laialdast kasutamist.

2, otseostsillaatori struktuur ja MOPA struktuur

Kiudlaserite arenguga on fassaadi võimsuse eemaldajad järk-järgult asendanud läätsekomponendid, lihtsustades kiudlaserite arendusetappe ja parandades kaudselt kiudlaserite hooldustõhusust. See arengusuund sümboliseerib kiudlaserite järkjärgulist praktilisust. Otseostsillaatori struktuur ja MOPA struktuur on kaks kõige levinumat kiudlaserite struktuuri turul. Otseostsillaatori struktuuri puhul valib võre võnkumise käigus lainepikkuse ja seejärel väljastab valitud lainepikkuse, samas kui MOPA kasutab võre poolt valitud lainepikkust seemnevalgusena ja seemnevalgust võimendatakse esimese taseme võimendi toimel, seega paraneb teatud määral ka kiudlaseri väljundvõimsus. Pikka aega on MPOA struktuuriga kiudlasereid kasutatud suure võimsusega kiudlaserite eelistatud struktuurina. Hilisemad uuringud on aga leidnud, et selle struktuuri suur väljundvõimsus võib kergesti viia kiudlaseri ruumilise jaotuse ebastabiilsuseni ning väljundlaseri heledus mõjutab teatud määral, mis mõjutab otseselt ka suure võimsusega väljundefekti.

Pumbatehnoloogia arenguga

Varase ütterbiumiga legeeritud kiudlaseri pumpamise lainepikkus on tavaliselt 915 nm või 975 nm, kuid need kaks pumpamise lainepikkust on ütterbiumiioonide neeldumispiigid, mistõttu seda nimetatakse otsepumpamiseks. Otsepumpamist pole kvantkao tõttu laialdaselt kasutatud. Ribalaiasisene pumpamise tehnoloogia on otsepumpamise tehnoloogia laiendus, kus pumpamise lainepikkuse ja edastuslainepikkuse vaheline lainepikkus on sarnane ning ribalaiasisene pumpamise kvantkao määr on väiksem kui otsepumpamisel.

Suure võimsusega kiudlasertehnoloogiaarenduse kitsaskoht

Kuigi kiudlaseril on suur rakendusväärtus sõjanduses, meditsiinis ja muudes tööstusharudes, on Hiina peaaegu 30 aasta jooksul tehnoloogia uurimis- ja arendustegevuse käigus edendanud kiudlaserite laialdast kasutamist, kuid kui soovitakse, et kiudlaserid suudaksid väljundvõimsust suurendada, on olemasolevas tehnoloogias endiselt palju kitsaskohti. Näiteks, kas kiudlaseri väljundvõimsus võib ulatuda ühekiulise ühemoodilise 36,6 kW-ni; pumpamisvõimsuse mõju kiudlaseri väljundvõimsusele; termilise läätse efekti mõju kiudlaseri väljundvõimsusele.

Lisaks peaks kiudlaseri suurema võimsusega tehnoloogia uurimine arvestama ka põikmoodi stabiilsuse ja footonite tumenemise efektiga. Uuringute põhjal on selge, et põikmoodi ebastabiilsuse mõjutegur on kiu kuumenemine ning footonite tumenemise efekt viitab peamiselt sellele, et kui kiudlaser pidevalt väljastab sadu vatte või mitu kilovatti võimsust, siis väljundvõimsus langeb kiiresti ning kiudlaseri pideval suurel väljundvõimsusel on teatav piirang.

Kuigi footonite tumenemise efekti täpseid põhjuseid pole praegu selgelt määratletud, usub enamik inimesi, et hapniku defektikeskus ja laenguülekande neeldumine võivad põhjustada footonite tumenemise efekti. Nende kahe teguri põhjal pakutakse välja järgmised viisid footonite tumenemise efekti pärssimiseks. Laenguülekande neeldumise vältimiseks tuleks kasutada alumiiniumi ja fosforit ning seejärel optimeeritud aktiivkiudu, mille konkreetne standard on säilitada 3 kW väljundvõimsust mitu tundi ja säilitada 1 kW stabiilne väljundvõimsus 100 tundi.