Техническая эволюция мощных волоконных лазеров

Техническая эволюция мощных волоконных лазеров

Оптимизацияволоконный лазерструктура

1. Конструкция насоса космического освещения

В ранних волоконных лазерах в основном использовался выход оптической накачки.лазерВыходная мощность волоконных лазеров низка, поэтому быстрое увеличение выходной мощности в короткие сроки представляет собой серьезную проблему. В 1999 году в области исследований и разработок волоконных лазеров впервые была достигнута выходная мощность, превышающая 10 000 ватт. В структуре волоконного лазера в основном используется оптическая двунаправленная накачка с формированием резонатора, а эффективность преобразования энергии достигла 58,3%.
Однако, хотя использование волоконного источника накачки и технологии лазерной связи для разработки волоконных лазеров может эффективно повысить выходную мощность волоконных лазеров, одновременно существует сложность, которая не способствует построению оптического тракта с помощью оптической линзы. Если в процессе построения оптического тракта необходимо переместить лазер, то оптический тракт также необходимо будет перенастроить, что ограничивает широкое применение волоконных лазеров с оптической накачкой.

2. Структура прямого осциллятора и структура MOPA

С развитием волоконных лазеров постепенно произошла замена линзовых компонентов на силовые фильтры в оболочке, что упростило этапы разработки волоконных лазеров и косвенно повысило эффективность их обслуживания. Эта тенденция развития символизирует постепенное внедрение волоконных лазеров в практическую деятельность. Наиболее распространенными структурами волоконных лазеров на рынке являются структура с прямым генератором и структура MOPA. В структуре с прямым генератором в процессе генерации дифракционная решетка выбирает длину волны, а затем выдает выбранную длину волны, в то время как в структуре MOPA выбранная решеткой длина волны используется в качестве затравки, которая усиливается под действием усилителя первого уровня, поэтому выходная мощность волоконного лазера также в определенной степени повышается. Долгое время волоконные лазеры со структурой MPOA использовались в качестве предпочтительной структуры для мощных волоконных лазеров. Однако последующие исследования показали, что высокая выходная мощность в этой структуре легко приводит к нестабильности пространственного распределения внутри волоконного лазера, и яркость выходного лазерного излучения в определенной степени изменяется, что также напрямую влияет на эффект высокой выходной мощности.

С развитием насосных технологий

Длина волны накачки ранних волоконных лазеров с легированием иттербием обычно составляла 915 нм или 975 нм, но эти две длины волны накачки соответствуют пикам поглощения ионов иттербия, поэтому их называют прямыми накачками. Прямые накачки не получили широкого распространения из-за квантовых потерь. Технология внутриполосной накачки является расширением технологии прямых накачек, в которой длина волны между длиной волны накачки и длиной волны пропускания схожа, а коэффициент квантовых потерь при внутриполосной накачке меньше, чем при прямых накачках.

Мощный волоконный лазерузкое место в развитии технологий

Несмотря на то, что волоконные лазеры имеют высокую практическую ценность в военной, медицинской и других отраслях, Китай на протяжении почти 30 лет активно продвигает их широкое применение в области исследований и разработок. Однако, если необходимо добиться более высокой мощности волоконных лазеров, в существующих технологиях по-прежнему существует множество узких мест. Например, можно ли достичь выходной мощности одномодового волоконного лазера в 36,6 кВт; как мощность накачки влияет на выходную мощность волоконного лазера; как эффект тепловой линзы влияет на выходную мощность волоконного лазера.

Кроме того, при исследовании технологий увеличения выходной мощности волоконного лазера следует также учитывать стабильность поперечной моды и эффект фотонного затемнения. В ходе исследований стало ясно, что фактором, влияющим на нестабильность поперечной моды, является нагрев волокна, а эффект фотонного затемнения в основном заключается в том, что при непрерывной выдаче волоконным лазером мощности в сотни ватт или несколько киловатт выходная мощность демонстрирует тенденцию к быстрому снижению, и существует определенное ограничение на непрерывную выдачу высокой мощности волоконного лазера.

Хотя конкретные причины эффекта фотонного затемнения в настоящее время четко не определены, большинство исследователей считают, что к его возникновению могут приводить дефекты кислорода и поглощение заряда. В связи с этими двумя факторами предлагаются следующие способы подавления эффекта фотонного затемнения: использование алюминия, фосфора и т.д. для предотвращения поглощения заряда, а затем тестирование и применение оптимизированного активного волокна, при этом оптимальным является поддержание выходной мощности 3 кВт в течение нескольких часов и стабильной выходной мощности 1 кВт в течение 100 часов.