Itèrbyom fib lazè: aparèy la, prensip la opere, pouvwa, pwodiksyon, itilize

lazer Fib yo kontra enfòmèl ant ak dirab, egzat, ak fasil yo gaye pwovoke chalè. Yo vini nan diferan kalite epi ki gen yon anpil fè ak lazer nan lòt kalite gen pwòp avantaj inik yo.

lazer Fib: operasyon

Aparèy nan kalite sa a yo se varyasyon an estanda nan sous la semi-conducteurs nan radyasyon aderan soti nan fib a, olye pou baton likid k ap travay, yon plak oswa disk. Limyè a ki te pwodwi pa dopan a nan pòsyon santral la nan fib a. Estrikti a debaz ka varye soti nan senp yo byen konplèks. Itèrbyom fib lazè aparèy sa yo ki fib a gen yon sifas ki gwo yo rapò volim, se konsa ka chalè a ap difize relativman fasil.

lazer Fib yo ponpe optik, souvan avèk èd nan lazer dyòd a jonksyon, men nan kèk ka - sous yo menm. Optik yo itilize nan sistèm sa yo yo anjeneral reprezante eleman optik, kote pifò oswa tout nan yo yo ki konekte youn ak lòt. Nan kèk ka, yon optik esansyèl, epi pafwa entèn sistèm fib optik se konbine avèk yon optik en ekstèn.

Yon sous ponp dyòd a jonksyon pouvwa gen yon etalaj dyòd a jonksyon, oswa yon plusieurs nan diodes endividyèl, chak nan ki se ki konekte nan ond nan Connector fibre optique. Dope fib nan chak fen gen yon glas kavite rèsonator - nan pratik fè fib Bragg griyaj la. Nan bout yo nan optik en gen, si se pa sèlman gwo bout bwa a pwodiksyon antre nan yon lòt bagay pase fib. pouvwa Gid sa a limyè ap trese se konsa ke si yo vle kavite nan lazè ka gen yon longè de plizyè mèt.

binuclear

fib Estrikti yo itilize nan lazer fib, enpòtan. Ki pi komen an se jeyometri a nan yon estrikti double-nwayo. Undoped nwayo ekstèn (pafwa refere yo kòm entima a) ponpe kolekte limyè ak dirije li ansanm fib a. Ankouraje radyasyon pwodwi nan fib a pase nan nwayo a enteryè, ki se souvan yon mòd sèl. Nwayo a anndan gen yon itèrbyom aditif, stimulé pa limyè a ponp. Gen anpil fòm noncircular nwayo ekstèn ki gen ladan - egzagonal, D-ki gen fòm ak rektangilè yo, pou redui pwobabilite ki genyen pou justesse gwo bout bwa a limyè nan nwayo santral la.

lazè a fib ka gen yon fen oswa sou kote ponpe. Nan limyè a ka premye soti nan youn oswa plis sous antre nan fen a fib. Lè gen limyè a la bò ponpe apwovizyone nan yon trètr ki manje l 'nan nwayo a eksteryè. Sa a diferan de baton an lazè kote limyè a antre nan pèpandikilè ak aks la.

Pou tankou yon desizyon mande pou yon anpil nan devlopman estriktirèl. se konsiderab atansyon yo peye rezime limyè a ponp nan nwayo a yo pwodwi yon entèrvèrsyon popilasyon an, ki mennen ale nan ankouraje emisyon nan nwayo a anndan an. nwayo lazè ka gen degre yo varye anplifikasyon nan fib a depann sou dopan a, kòm byen ke sou longè li yo. Faktè sa yo yo mete kòm yon enjenyè konsepsyon pou paramèt yo mande yo.

limit Pouvwa ka rive, patikilyèman lè opere nan yon fib sèl-mòd. Tankou yon nwayo gen yon trè ti zòn kwa-rejyonal, e kòm yon rezilta pase limyè therethrough nan entansite trè wo. Lè sa a se vin pi plis pwononse ki pa lineyè Brillouin simen, ki limite pwodiksyon an pouvwa nan dè milye plizyè nan wat. Si pwodiksyon an se wo ase, pouvwa fen nan fib ka domaje.

Espesyalman fib lazer

Itilize nan fib kòm likid k ap travay bay pi gwo longè entèraksyon, ki travay byen lè ponpe nan dyòd a jonksyon. Sa a rezilta jeyometri nan yon efikasite segondè konvèsyon nan foton, osi byen ke serye ak kontra enfòmèl ant konstriksyon, nan ki pa gen okenn optik disrè, ki egzije ajisteman oswa aliyman.

Yon lazè fib, ki aparèy pèmèt li adapte byen, kapab adapte pou soude nan fèy papye metal epè epi yo pwodwi pulsasyon ftosgond. Fibre nan je anplifikatè bay benefis sèl-pas ak yo te itilize nan telekominikasyon, menm jan yo ka developed anpil longèdonn ansanm. se pran an menm yo itilize nan anplifikatè pouvwa a ak yon osilator mèt. Nan kèk ka, ka anplifikatè a ap opere ak yon vag lazè kontinyèl.

Yon lòt egzanp se yon sous emisyon espontane soti nan fibre-ranfòsman an, nan ki se emisyon an ankouraje siprime. Yon lòt egzanp se yon lazè Raman fib konbine avèk ogmante dispèsyon, anpil t'ap taye lenn longèdonn. Li te jwenn aplikasyon nan rechèch, kote konbinezon an nan jenerasyon ak anplifikasyon lè l sèvi avèk yon vè fliyò olye ke fib yo silica estanda.

Sepandan, jeneralman, fib te fè nan glas silica ak ra-latè dopan nan nwayo a. aditif debaz yo se itèrbyom ak Èrbyom. Itèrbyom gen longèdonn soti nan 1030 1080 NM, epi yo ka emèt sou yon pakèt domèn. Itilize nan ponp dyòd a jonksyon 940-NM siyifikativman diminye defisi a nan foton. Itèrbyom gen ni yon pwòp tèt ou-asouvisman efè, ki se nan Neyodim nan dansite segondè, se konsa lèt la yo itilize nan lazer en ak itèrbyom - nan fib (yo tou de bay sou longèdonn a menm).

Èrbyom emèt nan seri 1530-1620 NM an, yon san danje pou je yo. ka frekans nan ap double jenere limyè nan 780 NM, ki se pa disponib pou lòt kalite lazer fib. Finalman, ka itèrbyom dwe ajoute nan Èrbyom se konsa ke eleman nan ap absòbe radyasyon an ponp epi transmèt enèji sa a Èrbyom. Tulyom - yon lòt dopan emisyon an nan rejyon an tou pre enfrawouj, ki konsa se san danje pou foto yo nan je yo.

segondè efikasite

lazè a fib se yon sistèm kazi-twa-nivo. foton yo ponp motive tranzisyon soti nan eta a tè nan kouch nan anwo kay la. tranzisyon Lazè se soti nan pòsyon ki pi ba nan nivo a anwo nan youn nan fann tè eta yo. Sa a se trè efikas: pou egzanp, itèrbyom-940 NM fotonik ponp emèt yon fotonik ak longèdonn nan 1030 NM, ak domaj la pwopòsyon (pèt enèji), se sèlman sou 9%.

Nan contrast, Neyodim, ponpe nan 808 NM pèdi sou 24% nan enèji. Kidonk, itèrbyom natirèlman gen yon efikasite segondè, men se pa tout nan li se possible akòz pèt la nan kèk nan foton yo. Yb ka ponpe nan yon nonb de Gwoup Mizik frekans, ak Èrbyom - longèdonn nan 1480 oswa 980 NM. Frekans la pi wo se pa tankou efikas an tèm de foton domaj, men ki itil, menm nan ka sa a, paske nan 980 NM, sous yo pi byen disponib.

An jeneral efikasite nan lazè a fib se rezilta a nan pwosesis de-etap. Premyerman, li se efikasite nan dyòd a jonksyon a ponp. sous Semiconductor nan radyasyon aderan yo trè efikas, ak 50% efikasite konvèti yon siyal elektrik nan yon optik. Rezilta yo nan syans laboratwa sijere ke li se posib yo rive jwenn yon valè de 70% oswa plis. Avèk egzak matche ak pwodiksyon radyasyon absòpsyon liy fib lazè se reyalize ak yon efikasite ponpe segondè.

Dezyèmman, sa a optik-optik efikasite konvèsyon. Lè yon ti foton domaj kapab reyalize yon wo degre de eksitasyon ak efikasite nan ekstraksyon nan optik-optik efikasite konvèsyon nan 60-70%. efikasite la ki kapab lakòz se nan seri 25-35% nan.

konfigirasyon divès kalite

Fib pwopòsyon dèlko vag kontinyèl pouvwa gen yon selibatè oubyen multimode (mòd Transverse). Singlemode pwodwi gwo bout bwa bon jan kalite segondè pou materyèl, k ap travay oswa voye yon gwo bout bwa nan atmosfè a, ak lazer multimode endistriyèl fib ka jenere plis pouvwa. Yo itilize li pou koupe ak soude, ak an patikilye, pou tretman chalè, ki kote yon zòn gwo eklere.

lazè a fib long se anpil kazi-kontinyèl aparèy anjeneral milisgond pulsasyon génération kalite. Dabitid se sik la devwa se 10%. Sa a kondwi a yon pouvwa pik pi wo pase mòd nan kontinyèl (tipikman dis fwa lè lè) ki itilize, pou egzanp, pou yon perçage enpulsyonèl. Frekans la pouvwa gen 500 Hz, tou depann de dire a.

Q-oblije chanje nan lazer fib tou aji kòm nan esansyèl la. Yon dire batman kè tipik se nan a ranje nanosgond mikro. ankò fib a nan, ankò an li pran pou Q-oblije chanje nan radyasyon nan pwodiksyon, sa ki lakòz yon batman kè pi long lan.

pwopriyete Fib yo se kèk limit sou batman nan K. linearite a nan lazè a fib se pi plis enpòtan paske nan zòn nan ti kwa-rejyonal nan nwayo a, se konsa ke pouvwa a pik yo ta dwe yon ti jan limite. Ou kapab sèvi ak swa K volim switch yo, ki bay pi wo pèfòmans, oswa modulateurs optique, ki fè yo ki konekte nan pwent yo nan pati a aktif.

Q-chanje pulsasyon ka anplifye nan yon fib oswa nan rèsonator nan kavite. ka Yon egzanp sou lèt la yo te jwenn nan simulation Nasyonal la Complex nan tès nikleyè (NIF, Livermore, CA), kote lazè a fib se yon osilator mèt pou 192 travès. pulsasyon ti nan dal gwo nan glas dope anplifye megajoules.

Nan lazer fib ak frekans senkronizasyon repetisyon depann sou longè a nan ranfòse materyèl, tankou nan mòd yo lòt kote nan sikui senkronizasyon ak dire batman kè depann sou kapasite nan amelyore debi. pi kout la yo se nan seri a nan 50 fs, ak pi tipik - nan seri a nan 100 fs.

Ant itèrbyom ak Èrbyom fib, gen yon diferans enpòtan, annakò ak sa yo ap opere nan mòd diferan dispèsyon. Èrbyom-dope fib émettant nan 1550 NM nan yon rejyon nan iregilye dispèsyon. Sa a pèmèt soliton. Itterbievye fib se nan yon dispèsyon pozitif oswa nòmal; kòm yon rezilta, yo jenere pulsasyon ak batman frekans lineyè pwononse. Kòm yon rezilta nan Bragg griyaj li ka bezwen konpresyon longè a batman kè.

Gen plizyè fason li modifye pulsasyon yo fibre-lazè, an patikilye pou etid pikosgond ultra. fib kristal fotonik ka manifaktire ak am piti anpil pou efè fò linear, tankou pou jenerasyon supercontinuum. Nan contrast, kristal yo fotonik kapab tou gen pou manifaktire ak gwo anpil debaz sèl-mòd yo nan lòd pou fè pou evite efè linear nan pouvwa segondè.

Likid, l fotonik kristal fib ak gwo nwayo kreye pou aplikasyon pou ki mande gwo pouvwa. Youn nan metòd yo se ekspre koube nan fib nan yo retire nenpòt mòd vle lòd ki pi wo pandan w ap kenbe yon fondamantal mòd Transverse. ki pa linear a kreye Harmony; ak pa soustraksyon frekans nan plisman, ou kapab kreye yon pi kout ak pi long longèdonn. efè linear kapab tou pwodwi konpresyon batman kè, ki mennen nan peny lan frekans aparans.

Sous la supercontinuum kòm pulsasyon trè kout pwodwi yon espèk kontinyèl nan faz batman. Pou egzanp, ki soti nan premye 6 pulsasyon yo ps nan 1050 NM, ki kreye spectre an lazè itèrbyom fib jwenn nan seri a soti nan iltravyolèt nan plis pase 1600 NM. Yon lòt sous nan IR-ponpe sous Èrbyom-supercontinuum nan yon longèdonn nan 1550 NM.

High pouvwa

Endistri se kounye a konsomatè a pi gwo nan lazer fib. Nan demann segondè kounye a jwi pouvwa a nan lòd la kilowat itilize nan endistri otomobil la. endistri otomobil la ap deplase nan direksyon pwodiksyon an nan machin asye-wo fòs ranpli kondisyon yo ki nan durability epi yo relativman fasil nan pi gwo ekonomi gaz. Konvansyonèl machin zouti se trè difisil, pou egzanp, kout pyen twou nan sa a ki kalite asye ak sous yo nan radyasyon aderan fè li fasil.

Koupe lazè metal fib, te konpare ak lòt kalite pwopòsyon dèlko gen yon nimewo nan avantaj. Pou egzanp, tou pre-enfrawouj band byen absòbe metal. Gwo bout bwa ka lage nan fib a, ki pèmèt robo a fasil deplase konsantre a lè koupe ak perçage.

Optik fib satisfè kondisyon yo ki pi wo a pou pouvwa. Zam US Navy, teste nan 2014, konsiste de yon 6-fib lazer 5.5-kilowat konbine nan yon sèl gwo bout bwa ak gaye nan fòme sistèm nan optik. te 33 inite kW itilize yo defèt yon machin sans ayeryen. Malgre ke gwo bout bwa a se pa yon sèl-mòd, sistèm nan se nan enterè, jan li pèmèt yo kreye yon lazè fib ak men yo soti nan estanda, engredyan ki disponib fasilman.

pouvwa yon sèl-mòd Sous yo pi wo aderan limyè de IPG Photonics se 10 kW. osilator a mèt pwodui yon Watt ki gen pouvwa optik, ki se apwovizyone nan anplifikatè etap ponpe nan 1018 NM ak limyè a lazer fib ak lòt. sistèm nan tout gen yon gwosè nan de frijidè.

Itilize nan lazer fib yo tou pwolonje nan koupe nan pouvwa segondè, epi soude. Pou egzanp, yo ranplase rezistans soude fèy asye rezoud pwoblèm nan nan deformation nan materyèl la. kontwòl pouvwa ak paramèt lòt pèmèt koub koupe trè presi, espesyalman kwen yo.

ki pi pwisan multimode fib lazè a - pou koupe metal soti nan manifakti a menm - jiska 100 kW. Se sistèm nan ki baze sou yon konbinezon de gwo bout bwa dezoryante, se konsa li pa super gwo bout bwa-wo kalite. rezistans Sa fè lazer fib attrayant pou endistri.

konkrè perçage

ka multimode pwodiksyon fib lazè nan 4 kW gen pou itilize pou koupe ak perçage konkrè. Poukisa fè li? Lè enjenyè yo ap eseye reyalize rezistans sismik nan bilding ki egziste deja, dwe pran anpil prekosyon ak konkrè la. Lè enstale nan li, tankou ranfòsman asye konvansyonèl pèkisyon perçage ka lakòz defo ak febli konkrè a, men lazer fib koupe san yo pa kraze li.

Lazer ak yon fib Q-chanje itilize pou egzanp pou etikèt oswa nan envantè de elektwonik semi-conducteurs. Yo fè yo tou yo itilize nan radyogonyomètr range: modil yo gwosè a nan yon men gen lazer fib je-ki an sekirite ki gen pwodiksyon se 4 kW, frekans nan 50 kHz ak yon dire batman kè a 5-15 ns.

tretman sifas

Gen gwo enterè nan lazer fib ti pou mikwo ak nanoprocessing. Lè retire kouch sifas la, si dire a batman kè se pi kout pase 35 ps, pa gen okenn materyèl flite. Sa a anpeche fòmasyon nan fosèt ak lòt zafè endezirab. pulsasyon yo nan rejim nan ftosgond pwodwi efè linear ki pa sansib a longèdonn a ak zòn nan vwazinaj la se pa chofe, sa ki pèmèt yo travay san yo pa sibstansyèl domaj oswa febli nan zòn nan vwazinaj yo. Anplis de sa, twou ka koupe ak yon pwofondè segondè yo lajè - pou egzanp, byen vit (nan yon milisgond kèk) twou ti nan 1 mm l sèvi avèk yon asye pur pulsasyon 800-fs ak yon frekans nan 1 megaèrts.

Li posib tou yo pwodwi sifas-trete materyèl transparan, e.g., je imen an. Nan koupe yon Sabatani nan mikrochirurji je, pulsasyon ftosgond vysokoaperturnym byen sere konsantre lantiy nan yon pwen anba sifas la nan je la san yo pa sa ki lakòz nenpòt domaj sou sifas la, men je a pa detwi materyèl sou yon pwofondè kontwole. Sifas la lis nan korn a, ki se esansyèl pou vizyon rete entak. se Sabatani a separe anba nan fon an, ka Lè sa a dwe rale moute nan sifas èksimèr lazè fòme lantiy. Aplikasyon pou lòt gen ladan medikal operasyon pénétration fon nan kadyoloji, osi byen ke itilize nan sèten kalite optik Tomography gen yon koneksyon.

lazer ftosgond

lazer ftosgond nan syans itilize yo motive lazè pann spèktrometri a, fluoresans spèktrometri ak yon rezolisyon tanporèl, epi tou pou materyèl jeneral rechèch. Anplis de sa, yo bezwen pou pwodiksyon an nan peny frekans ftosgond obligatwa nan metrolojik ak syans jeneral. Youn nan aplikasyon yo reyèl nan kout tèm a pral revèy yo atomik nan satelit yo GPS nan yon nouvo jenerasyon, ki pral ogmante presizyon nan pwezante.

se Single lazè frekans fib fèt ak yon larjer espèk nan mwens pase 1 ke. Sa a aparèy enpresyonan ak yon ti pouvwa pwodiksyon Radyasyon ki soti nan 10 MW 1W. Jwenn aplikasyon nan jaden an nan kominikasyon, metrolojik (egzanp, nan jiroskop fib) ak spèktrometri.

Ki sa ki nan pwochen?

Kòm pou aplikasyon pou rechèch lòt, li se toujou ap yon anpil nan yo etidye. Pou egzanp, jeni militè yo, ki ka aplike nan lòt zòn, ki gen ladann nan konbine yon travès fibre-lazè jwenn yon gwo bout bwa segondè lè l sèvi avèk konbinezon an aderan oswa espèk. Kòm yon rezilta, se plis pouvwa reyalize nan yon gwo bout bwa sèl-mòd.

Pwodiksyon de lazer fib ap grandi byen vit, espesyalman pou bezwen yo endistri otomobil. Epitou, gen yon ranplasman nan aparèy fib ki pa fibrou. Anplis de sa nan amelyorasyon jeneral nan pri ak pèfòmans, gen plis pratik lazer ftosgond ak sous supercontinuum. lazer Fib rete nan plis nich yo epi yo vin yon sous nan amelyorasyon pou lòt kalite lazer.