Ytterbium fiber laser: sa lalang, ang operating baruganan, gahum, produksyon, paggamit

Fiber laser mga compact ug lig, tukma, ug sayon nga igakatag aghat kainit. Sila moabut sa lain-laing mga matang ug may usa ka daghan sa pagbuhat sa uban laser sa ubang mga matang nga adunay ilang kaugalingon nga talagsaon nga mga bentaha.

Fiber laser: operasyon

Devices sa niini nga matang mao ang mga sumbanan nga kalainan sa tinubdan lig-on nga-nga kahimtang sa kataronganon radiation gikan sa lanot, sa baylo sungkod nagtrabaho fluid, sa usa ka plato o sa disc. Ang kahayag nga namugna sa dopant sa sentro nga bahin sa fiber. Ang nag-unang mga estraktura naglakip sa yano nga sa na komplikado. Ytterbium fiber laser apparatus sa ingon nga ang fiber adunay usa ka dako nga nawong sa gidaghanon ratio, mao nga ang mga kainit mahimong gibahin medyo dali.

Fiber laser mga pumped optically, nga sagad uban sa tabang sa diode laser, apan sa pipila ka mga kaso - sa sama nga mga tinubdan. Optics nga gigamit sa niini nga mga sistema sa kasagaran nagrepresentar optic components, diin ang kadaghanan o ang tanan kanila nga konektado sa usag usa. Sa pipila ka mga kaso, ang usa ka kinabag-optics, ug usahay internal optical fiber sistema inubanan sa usa ka eksternal nga optics nga kinabag.

Usa ka diode pump tinubdan mahimo nga usa ka diode gubat, o sa usa ka daghang indibidwal nga diodes, sa matag usa sa nga mao ang konektado sa connector fiber optic waveguide. Sabog fiber sa matag katapusan nga adunay usa ka salamin lungag pangpalanog - diha sa buhat sa paghimo sa fiber Bragg linala. Sa mga kinatumyan sa kinabag Optics adunay, kon dili lamang ang output pinutol nga kahoy mosulod sa usa ka butang sa uban nga kay sa fiber. Ang kahayag nga giya mahimong twisted aron nga kon gitinguha ang laser lungag makabaton sa usa ka gitas-on sa pipila ka mga metros.

binuclear

Structure lanot nga gigamit sa fiber laser, importante. Ang labing komon nga mao ang geometriya sa usa ka dual-core nga gambalay. Undoped gawas nga core (usahay gitawag nga sa intima) pumped mikolekta kahayag ug nagdumala kini sa daplin sa fiber. Nakapukaw radiation nga namugna sa fiber moagi sa sulod nga core, nga mao ang kanunay nga ang usa ka ka mode. Ang sulod nga kinauyokan naglakip sa usa ka additive ytterbium, nakapukaw sa kahayag pump. Adunay daghan nga mga matang sa noncircular gawas nga core lakip na - unom ka kilid, D-shaped ug rectangular, pagkunhod sa kalagmitan sa nilang sipyat ang kahayag pinutol nga kahoy nga anaa sa sentro.

Ang fiber laser makabaton sa usa ka katapusan o kilid pumping. Sa unang kaso sa kahayag gikan sa usa o labaw pa nga mga tinubdan mosulod sa fiber katapusan. Sa diha nga sa kilid pumping kahayag ang gitagana ngadto sa usa ka pikas nga mokaon niini ngadto sa gawas nga kinauyokan. Kini lahi gikan sa laser sungkod diin ang kahayag mosulod tindog sa axis.

Kay ingon nga ang usa desisyon nagkinahanglan sa usa ka daghan sa mga structural kalambuan. Dakong pagtagad ang mibayad sa summarize sa kahayag pump ngadto sa kinauyokan sa pagmugna sa usa ka populasyon inversion, paingon sa nakapukaw emission sa sulod nga kinauyokan. laser core mahimong adunay nagkalain-lain nga ang-ang sa ginansiya sa fiber depende sa doping, ingon man sa gitas-on niini. Kini nga mga mga hinungdan gipahimutang ingon sa usa ka design engineer alang sa gikinahanglan nga lantugi.

Gahum utlanan mahitabo, ilabi na kon operate sulod sa usa ka fiber ka-mode. Ang maong kinauyokan adunay usa ka gamay nga krus-rehiyonal nga dapit, ug ingon sa usa ka resulta moagi therethrough kahayag sa kaayo nga hatag-as nga intensity. Sa diha nga kini nahimong mas silot sa mga dili-linear Brillouin pagkatibulaag, nga limitasyon sa gahum output sa pipila ka libo sa watts. Kon ang output igo hatag-as, ang mga fiber katapusan mahimo nga naguba.

Ilabi na sa fiber laser

Ang paggamit sa fiber sama sa pagtrabaho fluid naghatag mas dako nga gitas-on interaction, nga nagabuhat ug maayo sa diha nga ang diode pumping. Kini nga geometry resulta sa usa ka hataas nga efficiency pagkakabig sa mga photon, ingon man usab sa kasaligan ug compact pagtukod, nga walay magkalahi Optics, nagkinahanglan kausaban o paglaray, pagtalay.

Usa ka fiber laser, nga aparato kini nagtugot sa pagpahiangay maayo, mahimong pahiangay, pabagay alang sa welding sa mabaga nga metal nga mga palid ug sa pagmugna femtosecond pulses. Fiber-optic amplifier paghatag single-pass ganancia ug gigamit sa telekomunikasyon, ingon nga sila makahimo sa padak-on sa daghang mga wavelength dungan. Ang sama nga ganancia gigamit sa gahum amplifier uban sa usa ka agalon nga oscillator. Sa pipila ka mga kaso, ang mga amplifier mahimong gipalihok sa usa ka padayon nga tinabyog laser.

Laing panig-ingnan mao ang usa ka tinubdan sa diha-diha nga pagbuga gikan sa fiber-reinforcement, sa diin ang mga nakapukaw emission ang suppressed. Laing panig-ingnan mao ang usa ka Raman fiber laser inubanan sa dugang nga pagkatibulaag, sa kinadak alotan wavelength. Kini nakakaplag aplikasyon sa research, diin ang kombinasyon sa kaliwatan ug sa ginansiya sa paggamit sa usa ka fluoride bildo kay sa standard silica lanot.

Apan, sa kinatibuk-, lanot nga hinimo sa silica bildo sa talagsaong-yuta dopant sa kinauyokan. Ang nag-unang mga additives mga ytterbium ug erbium. Ytterbium adunay wavelength gikan sa 1030 ngadto sa 1080 nm, ug mahimo nga emit sa usa ka halapad nga-laing. Ang paggamit sa 940-nm diode pump kamahinungdanon pagmobu, pagminus sa mga depisit sa photon. Ytterbium adunay ni sa usa ka-sa-kaugalingon quenching epekto, nga anaa sa neodymium sa hatag-as nga kadasok, mao nga sa ulahing mga gigamit sa kinabag-laser ug ytterbium - sa fiber (sila duha sa paghatag og bahin sa mao usab nga wavelength).

Erbium mobugag sa laing 1530-1620 nm, usa ka luwas nga alang sa mga mata. frequency mahimong doble sa pagmugna sa kahayag sa 780 nm, nga mao ang dili magamit alang sa uban nga mga matang sa fiber laser. Sa katapusan, ytterbium mahimong idugang sa erbium aron nga ang elemento nga sagukom sa pump radiation ug padala niini nga enerhiya sa erbium. Thulium - laing dopant sa emission sa haduol infrared nga rehiyon, nga sa ingon mao ang luwas alang sa mga hulagway sa mata.

hatag-as nga efficiency

Ang fiber laser mao ang usa ka quasi-tulo ka-level nga sistema. ang pump photon excite sa transisyon gikan sa yuta sa estado sa ibabaw nga layer. Laser transisyon gikan sa labing ubos nga bahin sa ibabaw nga ang-ang sa usa sa mga split yuta estado. Kini mao ang kaayo epektibo: kay sa panig-ingnan, ytterbium-940 nm photon pump nagpasabwag usa ka photon sa wavelength sa 1030 nm, ug ang quantum depekto (enerhiya pagkawala), lamang sa mga 9%.

Sa kasukwahi, neodymium, pumped sa 808 nm mawad-an sa mga 24% sa enerhiya. Mao kini ang, ytterbium tiunay adunay usa ka hataas nga efficiency, bisan tuod dili tanan niini mao ang makab-ot tungod sa pagkawala sa pipila sa mga photon. Yb mahimong pumped sa usa ka gidaghanon sa mga frequency mga panon, ug sa erbium - wavelength sa katuigan sa 1480 o 980 nm. Ang mas taas nga frequency mao ang dili ingon epektibo sa mga termino sa depekto photon, apan mapuslanon, bisan sa niini nga kaso, tungod kay sa 980 nm, ang labing maayo nga tinubdan nga anaa.

Sa kinatibuk-an efficiency sa fiber laser mao ang resulta sa duha ka-lakang nga proseso. Una, kini mao ang efficiency sa mga pump diode. Semiconductor mga tinubdan sa kataronganon radiation mao ang epektibo kaayo, uban sa 50% efficiency pagkabig sa usa ka electric signal ngadto sa usa ka Optical. Ang resulta sa mga pagtuon sa laboratoryo nagsugyot nga kini mao ang posible nga sa pagkab-ot sa usa ka bili sa 70% o labaw pa. Uban sa tukma nga match output radiation pagsuyup linya fiber laser nga makab-ot ug usa ka hataas nga pumping efficiency.

Ikaduha, kining Optical-Optical pagkakabig efficiency. Sa diha nga ang usa ka gamay nga depekto photon mahimong makab-ot sa usa ka hataas nga matang sa eksaytasyon ug sa pagkuha efficiency sa Optical-Optical pagkakabig efficiency sa 60-70%. Ang resulta efficiency anaa sa laing 25-35%.

nagkalain-laing mga mga porma

Fiber quantum padayon nga halad generator mahimong single o multimode (transverse paagi). Singlemode og taas nga kalidad nga pinutol nga kahoy alang sa mga materyales, nagtrabaho o pagpadala sa usa ka pinutol nga kahoy pinaagi sa atmospera, ug multimode sa industriya fiber laser makamugna dugang nga gahum. Kini gigamit alang sa pagputol ug welding, ug sa partikular, tungod sa kainit sa pagtambal, diin ang usa ka dako nga dapit ang nalamdagan.

Ang taas nga fiber laser mao kinadak quasi-padayon aparato kasagaran millisecond pulses generating matang. Kasagaran kini mao ang katungdanan nga siklo mao ang 10%. Kini modala ngadto sa usa ka mas taas nga peak nga gahum kay sa padayon nga mode (kasagaran sa napulo ka mga panahon) nga gigamit, alang sa panig-ingnan, alang sa usa ka pulsed bansay-bansay. frequency mahimo nga 500 Hz, depende sa gidugayon.

Q-switch sa fiber laser usab naglihok ingon nga sa kinabag. Usa ka tipikal nga pulso gidugayon anaa sa laing mga nanoseconds sa microseconds. Ang na ang fiber, ang na kini nagkinahanglan alang sa Q-switch sa output radyasyon, nga miresulta sa usa ka na pulso.

Fiber kabtangan mao ang pipila limitasyon sa Q modulasyon. Ang nonlinearity sa fiber laser mao ang labaw nga mahinungdanon tungod sa gamay nga krus-rehiyonal nga dapit sa core, sa pagkaagi nga ang peak nga gahum kinahanglan nga medyo limitado. Inyong magamit sa bisan hain sa Q gidaghanon pagbalhin, nga sa paghatag og mas taas nga performance, o optic modulators, nga konektado ngadto sa mga kinatumyan sa mga aktibo nga bahin.

Q-mibalhin pulses mahimong Amplified diha sa usa ka fiber o sa lungag pangpalanog. Usa ka panig-ingnan sa ulahing makita diha sa National Complex simulation sa nuclear test (NIF, Livermore, CA), diin ang fiber laser mao ang usa ka agalon nga oscillator alang sa 192 sagbayan. Gagmay nga mga pulses sa dako nga mga papan sa bildo sabog Amplified sa megajoules.

Sa fiber laser uban sa dungan pagsubli frequency agad sa gitas-on sa reinforce nga materyal, sama sa uban nga mga matang sa dungan sirkito ug pulso gidugayon-agad sa katakos sa pagpalambo sa throughput. Sa labing mubo nga anaa sa laing mga 50 FS, ug labing tipikal - sa laing mga 100 FS.

Sa tunga-tunga ytterbium ug erbium fiber, adunay usa ka importante nga kalainan, diin operate sila sa lain-laing matang pagkatibulaag. Erbium-sabog fiber emitting sa 1550 nm sa usa ka rehiyon sa anomalosong pagkatibulaag. Kini nagtugot solitons. Itterbievye lanot anaa sa usa ka positibo o normal nga pagkatibulaag; ingon sa usa ka resulta, makamugna sila pulses uban sa linear frequency paigoigo gipahayag. Ingon sa usa ka resulta sa Bragg linala kini kinahanglan nga compress sa pulso gitas-on.

Adunay daghang mga paagi sa pag-usab sa fiber-laser pulses, sa partikular alang sa picosecond ultrafast mga pagtuon. Photonic kristal lanot mahimong gigama sa kaayo nga gagmay nga mga cores alang sa lig-on nga dili diretso epekto, sama sa supercontinuum kaliwatan. Sa kasukwahi, ang mga photonic kristal mahimo usab nga gigama sa dako kaayo single-mode core aron sa paglikay sa dili diretso epekto sa hatag-as nga mga gahum.

Sunud-photonic kristal fiber uban sa dako nga core gilalang alang sa mga aplikasyon nga nagkinahanglan hatag-as nga gahum. Usa sa mga pamaagi sa mao tinuyo nga likoanan sa kuta sa mga lanot sa pagtangtang sa bisan unsa nga wala kinahanglana sa mas taas nga paagi aron samtang pagmintinar sa usa ka sukaranan nga transverse mode. Ang non-linearity nagmugna harmonics; ug pinaagi sa pagkunhod sa frequency sa pagkiyugpos, nga imong mahimo sa paghimo sa usa ka mubo ug na wavelength. Dili diretso epekto mahimo usab nga maghimo pulso kompresiyon, nga mosangpot ngadto sa sa mga dagway frequency combs.

Ang supercontinuum tinubdan nga ingon sa kaayo nga mubo pulses og usa ka padayon nga kolor pinaagi sa phase modulasyon. Pananglitan, gikan sa inisyal nga 6 ps pulses sa 1050 nm, nga nagmugna sa ytterbium fiber laser kolor nga nakuha sa laing gikan sa ultraviolet sa labaw pa kay sa 1600 nm. Laing tinubdan sa IRI-pumped erbium-supercontinuum tinubdan sa usa ka wavelength sa 1550 nm.

Hataas nga gahum

Industriya mao karon ang kinadak-ang consumer sa fiber laser. Sa hataas nga panginahanglan karon malingaw sa gahum sa han-ay sa kilowatts gigamit sa automotive industriya. Ang automotive industriya nagalihok ngadto sa produksyon sa mga high-kalig-on sa puthaw nga mga sakyanan sa pagsugat sa mga gikinahanglan sa kalig-on ug sa mga medyo sayon sa mas dako nga fuel ekonomiya. Conventional makina himan mao ang lisud kaayo, alang sa panig-ingnan, sukmag buslot sa niini nga matang sa puthaw, ug sa mga tinubdan sa kataronganon radiation sa paghimo niini nga sayon.

Pagputol metal fiber laser, kon itandi sa ubang mga matang sa quantum generator nga adunay usa ka gidaghanon sa mga bentaha. Pananglitan, duol-infrared waveband maayo nga masuhop metal. Pinutol nga kahoy mahimong gitugyan pinaagi sa fiber, nga nagtugot sa mga robot nga dali mobalhin sa focus sa diha nga sa pagputol ug bansay-bansay.

Optical lanot motagbaw sa labing taas nga mga kinahanglanon alang sa gahum. Weapons US Navy, gisulayan sa 2014, naglangkob sa usa ka 6-fiber 5.5-kilowatt laser inubanan sa usa ka pinutol nga kahoy ug sa nagdan-ag pinaagi sa pagtukod optical sistema. 33 KW yunit gigamit sa pagpildi sa usa ka unmanned aerial mga sakyanan. Bisan tuod nga ang pinutol nga kahoy mao ang dili usa ka single-mode, ang sistema sa interes, sama sa nagtugot kini sa paghimo sa usa ka fiber laser uban sa ilang mga kamot gikan sa standard, dali nga magamit nga mga sagol.

Ang labing taas nga gahum sa single-mode kataronganon kahayag tinubdan sa IPG Photonics mao ang 10 KW. Ang agalon oscillator og usa ka watt sa optical nga gahum, nga mao ang naghatag sa amplifier stage pumped sa 1018 nm sa kahayag sa uban nga mga fiber laser. Ang bug-os nga sistema nga adunay usa ka gidak-on sa duha ka refrigerator.

Ang paggamit sa fiber laser usab ngadto sa mga hatag-as nga gahum sa pagputol ug welding. Pananglitan, sila gipulihan sa pagbatok welding steel Sheet pagsulbad sa problema sa distorsyon sa mga materyal nga. Gahum control ug uban pang mga lantugi nagtugot kaayo tukma nga cutting mga kurba, ilabi na sa mga nasikohan.

Ang labing gamhanan nga multimode fiber laser - alang sa pagputol metal gikan sa sama nga manufacturer - sa 100 KW. Ang sistema gibase sa usa ka kombinasyon sa konektadong mga sagbayan, mao nga kini dili super high-kalidad nga pinutol nga kahoy. pagbatok Kini nga naghimo sa fiber laser madanihon alang sa industriya.

kongkreto nga bansay-bansay

Multimode fiber laser output sa 4 KW mahimong gamiton alang sa pagputol ug kongkreto nga bansay-bansay. Nganong buhaton? Sa diha nga ang mga enhinyero naningkamot sa pagkab-ot sa seismic pagsukol sa kasamtangan nga mga building, nga mahimong kaayo mag-amping sa semento. Sa diha nga-instalar sa niini, sama sa puthaw nga reinforcement conventional basalon drilling mahimong hinungdan flaws ug makapahuyang sa semento, apan fiber laser giputol nga wala pagdugmok niini.

Laser uban sa usa ka Q-mibalhin fiber nga gigamit alang sa panig-ingnan alang sa label o sa paghimo sa mga electronics semiconductor. Sila gigamit usab sa laing mga tigpangita: modules mao ang mga gidak-on sa usa ka kamot naglakip mata-luwas nga fiber laser kansang output mao ang 4 KW, ang frequency sa 50 kHz ug sa usa ka pulso gidugayon sa 5-15 ns.

nawong pagtambal

Adunay dako nga interes sa mga gagmay nga fiber laser alang sa micro ug nanoprocessing. Sa diha nga sa pagwagtang sa mga nawong layer, kon ang pulso gidugayon mao ang mas mubo pa kay sa 35 ps, walay spraying materyal. Kini magpugong sa pagporma sa mga dimples ug uban pang mga undesirable karaang mga butang. Ang mga pulses sa femtosecond rehimen magpatunghag dili diretso epekto nga dili sensitibo sa mga wavelength ug sa naglibut nga dapit dili naandan nga kainit, sa pagtugot sa pagtrabaho nga walay malig-kadaot o pagpahuyang sa palibot nga mga dapit. Dugang pa, mga lungag mahimo nga pagaputlon uban sa usa ka hataas nga giladmon sa gilapdon - alang sa panig-ingnan, sa madali (sulod sa pipila ka milliseconds) Gagmay nga mga lungag sa 1 mm sa paggamit sa usa ka stainless steel 800-FS pulses uban sa usa ka frequency sa 1 MHz.

Kini mao ang posible usab sa pagmugna nawong-pagtratar transparent nga mga materyales, pananglitan, ang mata sa tawo. Aron sa pagputol sa usa ka flap sa mata microsurgery, femtosecond pulses vysokoaperturnym hugut focus lente sa usa ka punto sa ubos sa nawong sa mata sa walay hinungdan sa bisan unsa nga kadaot sa ibabaw sa nawong, apan ang mga mata pinaagi sa paglaglag sa materyal nga sa usa ka kontrolado nga giladmon. Ang hapsay nga nawong sa cornea, nga mao ang importante alang sa panan-awon nagpabilin tibuok. flap ang mibulag gikan sa ubos, mahimo dayon gibira sa nawong excimer laser pagtukod lente. Ang ubang mga medical nga mga aplikasyon naglakip sa operasyon mabaw penetration sa dermatolohiya, ingon man sa paggamit sa pipila ka mga matang sa Optical pagsunod tomography.

femtosecond laser

Femtosecond laser sa siyensiya nga gigamit sa excite sa laser pagkahugno spectroscopy, flourescense spectroscopy uban sa usa ka temporal nga resolusyon, ug usab alang sa mga materyal sa kinatibuk research. Dugang pa, sila gikinahanglan alang sa produksyon sa femtosecond frequency comb gikinahanglan sa metrology ug sa kinatibuk mga pagtuon. Usa sa mga tinuod nga mga aplikasyon sa hamubo nga termino mao ang atomic orasan sa GPS satelayt sa usa ka bag-o nga kaliwatan, nga sa pagdugang sa positioning tukma.

Single frequency fiber laser ang gihimo sa usa ka ispektiral linewidth sa ubos sa 1 kHz. Kini nga impresibo device uban sa usa ka diyutay nga gahum radiation output gikan sa 10 MW ngadto sa 1W. Makakaplag sa aplikasyon sa kapatagan sa komunikasyon, metrology (pananglitan, sa fiber gyroscopes) ug spectroscopy.

Unsay sunod nga?

Sama sa alang sa uban nga mga aplikasyon research, kini mao gihapon ang usa ka daghan kanila ang gitun-an. Pananglitan, sa militar engineering, nga ikapadapat sa ubang mga dapit, nga naglangkob sa paghiusa sa usa ka fiber-laser sagbayan sa pag-angkon sa usa ka hataas nga pinutol nga kahoy sa paggamit sa kataronganon o ispektiral kombinasyon. Ingon sa usa ka resulta, labaw nga gahum nga makab-ot sa usa ka sagbayan ka-mode.

Production sa fiber laser nagtubo paspas, ilabi na alang sa mga automotive panginahanglan sa industriya. Usab, adunay usa ka puli sa non-fibrous fiber lalang. Dugang pa sa kinatibuk-ang kalamboan sa gasto ug sa performance, adunay mas praktikal femtosecond laser ug supercontinuum tinubdan. Fiber laser okupar sa dugang pantyon ug mahimo nga usa ka tinubdan sa kalamboan alang sa ubang mga matang sa laser.