Системная композиция мощного волоконного лазера

Системная композиция мощного волоконного лазера
1. Состав системы
Мощный волоконный лазер состоит из четырех частей: источника накачки, сумматора накачки, усиливающего волокна и выходной головки лазера.
1.1 Источник накачки: Выходная мощность одного лазерного кристалла составляет всего 10–50 Вт, и в зависимости от потребностей интегрируются и упаковываются 6–50 кристаллов; при большом количестве чипов для увеличения мощности используются пространственное и поляризационное комбинирование лучей. Мощность одного источника накачки колеблется от десятков до сотен ватт, и для достижения выходной мощности на уровне киловатт необходимо последовательно соединить более 10 источников накачки (например, в лазере Ruike используется комбинация из 11 источников накачки).
1.2 Объединитель насосов: Изготовленный с помощью технологии сварки волокон, он позволяет оптически соединять несколько модулей насосов в одно и то же волокно.
1.3 Волокно усиления: его длина часто превышает 30 метров, оно сматывается и закрепляется на теплоотводящей пластине, часто с использованием двухслойной структуры с легированием иттербием: диаметр сердцевины 10-20 мкм, одномодовый/многомодовый волновод, легированный ионами иттербия; внутренний диаметр оболочки достигает 400 мкм и используется для передачи многомодового накачивающего света.
1.4 Выходная головка лазера: отвечает за конечный лазерный сигнал и может быть подключена к технологическому оборудованию через стандартный интерфейс.
2. Основной принцип работы
2.1 Резонатор для оптического усиления: состоит из пары волоконно-оптических брэгговских решеток (ВОР): решетка с высоким коэффициентом отражения (отражательная способность > 99%) отражает свет целевой длины волны (например, 1080 нм) обратно в усиливающее волокно; выходная связанная решетка (отражательная способность 10%~50%) частично отражает свет для поддержания колебаний и частично пропускает его для формирования выходного сигнала. Накачивающий свет возбуждает ионы иттербия, вызывая спонтанное излучение, а фотоны, соответствующие требуемой длине волны, многократно усиливаются между решетками, в конечном итоге формируя стабильный лазерный выходной сигнал.
2.2 Выбор моды обеспечивает качество пучка: с одной стороны, из-за ограничений волновода, связанных с малым диаметром сердцевины, допускается только передача основной моды с низкими потерями; с другой стороны, благодаря использованию высокого перекрытия между основной модой и активной средой (ионами иттербия), а также высоких потерь мод более высокого порядка, в сочетании с конструкцией изгиба волокна для дополнительной фильтрации мод более высокого порядка, в конечном итоге достигается высококачественный выход основной моды с M², приближающимся к 1.