Техническая эволюция мощных волоконных лазеров

Техническая эволюция мощных волоконных лазеров

Оптимизацияволоконный лазерструктура

1. Структура космического светового насоса

Ранние волоконные лазеры в основном использовали выход оптической накачки,лазерВыходная мощность волоконного лазера низкая, поэтому быстрое повышение выходной мощности волоконного лазера за короткий период времени представляет собой большую сложность. В 1999 году в области исследований и разработок волоконных лазеров выходная мощность впервые превысила 10 000 Вт. В основе волоконного лазера лежит оптическая двунаправленная накачка, образующая резонатор. В ходе исследований дифференциальная эффективность волоконного лазера достигла 58,3%.
Однако, хотя использование волоконной накачки и технологии лазерной связи для разработки волоконных лазеров может эффективно повысить выходную мощность волоконных лазеров, но в то же время существует сложность, которая не способствует построению оптического пути с помощью оптической линзы, поскольку как только лазер необходимо перемещать в процессе построения оптического пути, оптический путь также необходимо перенастраивать, что ограничивает широкое применение волоконных лазеров с оптической накачкой.

2. Структура прямого генератора и структура MOPA

С развитием волоконных лазеров, зачистители мощности оболочки постепенно заменили линзовые компоненты, упрощая этапы разработки волоконных лазеров и косвенно повышая эффективность обслуживания волоконных лазеров. Эта тенденция развития символизирует постепенную практичность волоконных лазеров. Структура прямого генератора и структура MOPA являются двумя наиболее распространенными структурами волоконных лазеров на рынке. Структура прямого генератора заключается в том, что решетка выбирает длину волны в процессе генерации, а затем выводит выбранную длину волны, в то время как MOPA использует длину волны, выбранную решеткой, в качестве затравочного света, и затравочный свет усиливается под действием усилителя первого уровня, поэтому выходная мощность волоконного лазера также будет улучшена в определенной степени. В течение длительного периода времени 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 может привести к нестабильности пространственного распределения внутри волоконного лазера, и яркость выходного лазера будет в определенной степени затронута, что также напрямую влияет на эффект высокой выходной мощности.

С развитием насосной техники

Длина волны накачки ранних иттербиевых волоконных лазеров обычно составляла 915 нм или 975 нм, но эти две длины волны накачки соответствовали пикам поглощения ионов иттербия, поэтому метод называется прямой накачкой. Прямая накачка не получила широкого распространения из-за квантовых потерь. Технология внутриполосной накачки является её развитием, при этом длина волны накачки и длина волны передачи близки, а скорость квантовых потерь при внутриполосной накачке меньше, чем при прямой накачке.

Волоконный лазер высокой мощностиузкое место в развитии технологий

Несмотря на высокую прикладную ценность волоконных лазеров в военной, медицинской и других отраслях, Китай, благодаря почти 30 годам исследований и разработок в этой области, способствовал широкому применению волоконных лазеров. Однако, если речь идёт о создании волоконных лазеров с более высокой выходной мощностью, в существующих технологиях всё ещё существует множество узких мест. Например, может ли выходная мощность волоконного лазера достигать 36,6 кВт в одномодовом режиме с одним волокном; влияние мощности накачки на выходную мощность волоконного лазера; влияние эффекта тепловой линзы на выходную мощность волоконного лазера.

Кроме того, при исследовании технологий волоконных лазеров с более высокой выходной мощностью необходимо учитывать стабильность поперечной моды и эффект затемнения фотонов. Исследования показали, что фактором, влияющим на нестабильность поперечной моды, является нагрев волокна, а эффект затемнения фотонов в основном связан с тем, что при непрерывной выработке волоконным лазером мощности в сотни ватт или несколько киловатт выходная мощность будет демонстрировать тенденцию к быстрому снижению, что накладывает определённые ограничения на непрерывную высокую выходную мощность волоконного лазера.

Хотя конкретные причины эффекта фотонного затемнения в настоящее время не определены, большинство исследователей полагают, что причиной фотонного затемнения могут быть дефектные центры кислорода и поглощение с переносом заряда. В связи с этими двумя факторами предлагаются следующие способы подавления фотонного затемнения. Для предотвращения поглощения с переносом заряда используются алюминий, фосфор и т.д. После этого тестируется и применяется оптимизированное активное волокно. Конкретный стандарт предусматривает поддержание выходной мощности 3 кВт в течение нескольких часов и стабильной мощности 1 кВт в течение 100 часов.