Serat Ytterbium laser: alat, prinsip operasi, kakuatan, produksi, pamakéan

Serat lasers aya ci jeung awét, akurat, jeung gampang pikeun paburencay ngainduksi panas. Éta datang dina tipena béda jeung ngabogaan pisan ngalakonan jeung lasers sahiji jenis séjén boga kaunggulan unik sorangan.

lasers Serat: Operasi

Alat tina tipe ieu mangrupa variasi baku tina sumber solid nangtang radiasi koheren tina serat, tinimbang rod cairan digawé, piring atawa disc. Lampu dihasilkeun ku bahan panambah dina bagian sentral serat teh. Struktur dasar bisa dibasajankeun basajan mun rada kompleks. aparatur laser serat Ytterbium misalna yén serat boga permukaan badag pikeun babandingan volume, jadi panas bisa diffused rélatif gampang.

Serat lasers nu ngompa optik, mindeng kalayan bantuan lasers dioda, tapi dina sababaraha kasus - sumber anu sarua. Élmu optik dipake dina sistim ieu biasana ngagambarkeun komponén optik, wherein paling atawa sakabéh éta disambungkeun ka unggal lianna. Dina sababaraha kasus, hiji élmu optik bulk, sarta sistem serat optik kadang internal ieu digabungkeun jeung hiji élmu optik bulk éksternal.

Hiji sumber pompa dioda bisa janten Asép Sunandar Sunarya dioda, atawa pluralitas diodes individu, nu masing-masing mangrupakeun disambungkeun kana waveguide konektor serat optik. Serat Doped dina unggal tungtung boga eunteung Rongga resonator - dina prakna nyieun serat Bragg grating. Di tungtung optik bulk gaduh, upami teu mung beam kaluaran asup hal lian ti serat. Pituduh lampu bisa jadi twisted supados upami hoyong Rongga laser bisa boga panjang sababaraha méter.

binuclear

serat struktur dipaké dina lasers serat, anu penting. Paling umum nyaeta géométri tina struktur dual-core. inti luar Undoped (sok disebut salaku intima nu) ngompa ngumpulkeun lampu sarta ngarahkeun dinya sapanjang serat. Radiasi dirangsang dihasilkeun dina serat ngaliwatan inti batin, nu sering a mode tunggal. Inti jero ngandung hiji ytterbium aditif, dirangsang ku lampu pompa. Aya loba bentuk core luar noncircular kaasup - héksagonal, D ngawangun sarta rectangular, ngurangan kamungkinan misses nu pancaran cahaya dina inti sentral.

Serat laser bisa mibanda hiji tungtung atawa sisi ngompa. Dina lampu bisi mimitina tina salah sahiji atawa leuwih sumber asup kana tungtung serat. Nalika lampu sisi ngompa disadiakeun ka splitter mana eupan kana inti luar. Ieu beda jeung rod laser mana lampu diasupkeun jejeg sumbu nu.

Pikeun kaputusan saperti merlukeun loba kamajuan struktural. perhatian considerable ieu modal pikeun nyimpulkeun lampu pompa kana inti pikeun ngahasilkeun inversion populasi, ngarah kana émisi dirangsang dina inti batin. laser core mungkin gaduh varying tingkat Gedekeun dina serat gumantung cara nambahkeun atawa doping, sakumaha ogé dina panjangna na. Faktor ieu diatur salaku insinyur design keur parameter nu diperlukeun.

wates kakuatan bisa lumangsung, utamana nalika operasi dina hiji serat optik tunggal-mode. inti Saperti boga wewengkon pisan leutik cross-sectional, sarta salaku hasilna pas lampu therethrough tina inténsitas kacida luhurna. Nalika ieu jadi non-linier Brillouin scattering langkung dibaca, anu watesan kaluaran kakawasaan sababaraha rébuan watt. Mun kaluaran cukup luhur, ahir serat bisa jadi ruksak.

Utamana lasers serat

Pamakéan serat saperti cairan gawé méré panjangna interaksi gede, anu gawéna ogé nalika dioda ngompa. Ieu hasil géométri dina efisiensi tinggi konversi foton, kitu ogé dipercaya jeung ci konstruksi, nu euweuh élmu optik diskrit, merlukeun adjustment atanapi alignment.

A laser serat, anu aparat ngameunangkeun beradaptasi ogé, bisa diadaptasi pikeun las tina cadar logam kandel tur ngahasilkeun pulsa femtosecond. amplifier serat-optik nyadiakeun single-pass gain sarta dipaké dina telekomunikasi, sabab bisa ngagedékeun loba panjang gelombang sakaligus. Gain sarua digunakeun dina amplifier kakuatan ku osilator master. Dina sababaraha kasus, panguat bisa dioperasikeun ku laser continuous wave.

conto sejen aya sumber émisi spontan ti serat-tulangan, numana émisi dirangsang geus diteken. conto sejen nyaéta laser serat Raman digabungkeun jeung ngaronjat dispersi, panjang gelombang substansi geser. Geus kapanggih aplikasi dina panalungtikan, dimana mangrupakeun kombinasi antara generasi sarta Gedekeun maké sagelas fluorida tinimbang serat silika baku.

Sanajan kitu, umumna, serat dijieunna tina gelas silika kalayan bahan panambah jarang-bumi dina inti. The aditif dasar anu ytterbium na erbium. Ytterbium boga panjang gelombang ti 1030 nepi ka 1080 nm, jeung bisa emit leuwih rupa-rupa. Pamakéan 940-nm pompa dioda nyata ngurangan deficit sahiji foton. Ytterbium boga ngayakeun hiji épék timer quenching nu di neodymium dina kapadetan tinggi, jadi kiwari dimungkinkeun dipaké dina lasers bulk na ytterbium - dina serat (aranjeunna duanana nyadiakeun ngeunaan gelombang nu sami).

Erbium emits dina rentang 1530-1620 nm, mangrupa aman keur panon. frékuénsi bisa dua kali keur ngahasilkeun lampu di 780 nm, nu teu sadia pikeun tipe séjén lasers serat. Tungtungna, ytterbium bisa ditambahkeun kana erbium ambéh unsur bakal nyerep radiasi pompa sarta ngirimkeun énergi ieu erbium. Thulium - bahan panambah sejen ka émisi di wewengkon infra red deukeut, anu sahingga geus aman pikeun gambar panon.

efisiensi tinggi

Serat laser nya sistem kuasi-tilu-tingkat. nu foton pompa ngagumbirakeun transisi tina kaayaan taneuh ka lapisan luhur. transisi laser nya ti bagian panghandapna tina tingkat luhur di salah sahiji pamisah taneuh nagara. Ieu pohara efektif: contona, ytterbium-940 pompa foton nm emits hiji foton kalawan panjang gelombang 1030 nm, jeung cacad kuantum (leungitna énergi), ngan kira 9%.

Kontras, neodymium, ngompa dina 808 nm leungiteun ngeunaan 24% tina énergi. Ku kituna, ytterbium inherently ngabogaan efisiensi tinggi, sanajan teu sakabéh éta achievable alatan leungitna sababaraha foton. Yb bisa jadi ngompa dina Jumlah pita frékuénsi, sarta erbium - panjang gelombang 1480 atanapi 980 nm. Frékuénsi luhur teu sakumaha éféktif dina watesan foton cacad, tapi mangpaat, sanajan dina hal ieu, sabab di 980 nm, di sumber pangalusna aya.

efisiensi sakabéh tina laser serat mangrupa hasil prosés dua-hambalan. Firstly, éta kekecapan tina dioda pompa. sumber Semiconductor radiasi koheren nu pohara efektif, kalawan efisiensi 50% ngarobah sinyal listrik kana hiji optik. Hasil studi laboratorium nyarankeun yén kasebut nyaéta dimungkinkeun pikeun ngahontal ajén 70% atawa leuwih. Kalawan pasti kaluaran cocok nyerep radiasi laser serat garis kahontal sarta efisiensi ngompa tinggi.

Bréh, efisiensi konversi optik-optik ieu. Lamun foton cacad leutik bisa ngahontal gelar luhur ti éksitasi jeung efisiensi ékstraksi efisiensi konversi optik-optik 60-70%. efisiensi anu dihasilkeun aya dina rentang 25-35%.

rupa konfigurasi

Serat kuantum kontinyu gelombang Generators bisa jadi tunggal atawa multimode (transverse modus). Singlemode ngahasilkeun beam kualitas luhur pikeun bahan, gawe atawa ngirim beam hiji liwat atmosfir, sarta multimode industri serat lasers bisa ngahasilkeun kakuatan leuwih. Hal ieu dipaké pikeun motong na las, sarta hususna, pikeun pengobatan panas, dimana hiji wewengkon badag anu bercahya.

The laser serat panjang nyaéta substansi aparat kuasi-sinambung biasana millisecond tipe generating pulsa. Biasana éta siklus tugas nyaeta 10%. Hal ieu jadi marga ka daya puncak leuwih luhur ti modeu kontinyu (ilaharna sapuluh kali) anu digunakeun, contona, pikeun pangeboran pulsed. frékuénsi bisa jadi 500 Hz, gumantung kana lilana teh.

Q-switching di lasers serat ogé tindakan minangka dina bulk dina. A durasi pulsa has aya dina lingkup nanoseconds mun microseconds. The panjang serat, anu panjang nu diperlukeun pikeun Q-switching tina radiasi output, hasilna mangrupa pulsa deui.

Sipat serat sababaraha watesan dina Q modulasi. The nonlinearity tina laser serat téh leuwih signifikan kusabab daerah cross-sectional leutik inti, jadi yén daya puncak kedah rada diwatesan. Anjeun tiasa make boh Q volume saklar nu nyadiakeun kinerja luhur, atawa modulators optik, nu disambungkeun ka tungtung sahiji bagian aktif.

pulsa Q-switched bisa amplified dina serat atawa di resonator rohangan. Hiji conto tina dimungkinkeun tiasa kapanggih dina Nasional Complex simulasi tina tés nuklir (NIF, Livermore, CA), dimana dina laser serat téh osilator master pikeun 192 balok. pulsa leutik di slabs badag kaca doped amplified mun megajoules.

Dina lasers serat kalawan frekuensi sinkronisasi pengulangan gumantung kana panjang bahan reinforcing, saperti dina modeu sejen tina sirkuit singkronisasi tur lilana pulsa gumantung kana kamampuhan pikeun ningkatkeun throughput. The shortest aya dina lingkup 50 fs, jeung paling has - dina lingkup 100 fs.

Antara ytterbium jeung serat erbium, aya hiji bédana penting, whereby aranjeunna beroperasi dina dispersi modus béda. Serat Erbium-doped emitting dina 1550 nm dina wewengkon dispersi anomalous. Hal ieu ngamungkinkeun solitons. Itterbievye serat anu dina dispersi positif atawa normal; salaku hasilna, maranéhna ngahasilkeun pulsa jeung modulasi frékuénsi linier diucapkan. Salaku hasil tina Bragg grating eta bisa kudu niiskeun panjang pulsa.

Aya sababaraha cara pikeun ngarubah pulsa serat-laser, hususna pikeun studi picosecond ultrafast. serat kristal Photonic bisa dijieun kalawan cores pisan leutik keur épék linier kuat, kayaning keur generasi supercontinuum. Kontras, nu kristal photonic ogé bisa dijieun kalawan single-mode kacida gedéna inti dina urutan ulah épék linier dina kakuatan tinggi.

Fléksibel serat kristal photonic kalawan core badag dijieun pikeun aplikasi merlukeun kakuatan tinggi. Salah sahiji metodeu anu bending ngahaja serat ka dipiceun sagala modus urutan dihoyongkeun luhur bari ngajaga hiji mode transverse fundamental. The non-linearity nyiptakeun harmonik; sarta ku subtracting frékuénsi tilepan, Anjeun bisa nyieun hiji pondok tur panjang panjang gelombang. épék linier ogé bisa ngahasilkeun komprési pulsa, nu ngabalukarkeun Combs frékuénsi penampilan.

Sumber supercontinuum sakumaha pulsa pisan pondok ngahasilkeun spéktrum kontinyu ngaliwatan fase modulasi. Contona, tina mimiti 6 pulsa ps di 1050 nm, nu nyiptakeun spéktrum laser serat ytterbium diala dina rentang ti ultraviolet keur leuwih ti 1600 nm. Sumber sejen tina sumber erbium-supercontinuum IR-ngompa dina panjang gelombang 1550 nm.

kakuatan tinggi

Industri ayeuna konsumen pangbadagna lasers serat. Dina paménta tinggi ayeuna enjoys kakawasaan urutan kilowatts dipaké dina industri otomotif. Industri otomotif anu pindah arah produksi-kakuatan tinggi mobil baja ka minuhan sarat tina durability sarta anu kawilang gampang pikeun ékonomi suluh gede. parabot mesin konvensional hésé pisan, contona, punch liang dina tipe ieu baja jeung sumber radiasi koheren nyieun gampang.

Motong laser serat logam, dibandingkeun jeung tipe séjén generator kuantum ngabogaan sajumlah kaunggulan. Contona, waveband deukeut-infra red ogé nyerep logam. Beam bisa dikirimkeun ngaliwatan serat, anu ngamungkinkeun robot pikeun gampang gerak fokus dina nalika motong na pangeboran.

serat optik satisfies sarat pangluhurna pikeun kakuatan. Pakarang AS Angkatan Laut, dites dina 2014, diwangun ku hiji 6-serat 5,5-kilowatt lasers digabungkeun dina hiji beam na radiating ngaliwatan sistem optik ngabentuk. 33 Unit kW ieu dipaké pikeun ngelehkeun hiji wahana hawa unmanned. Sanajan beam nu sanes hiji single-mode, sistem nyaéta dipikaresep, sabab hal ieu ngamungkinkeun pikeun nyieun laser serat kalawan leungeun maranéhna kaluar ti baku, bahan gampang sadia.

Daya single-mode sumber lampu pangluhurna koheren of IPG Photonics nyaéta 10 kW. Master osilator ngahasilkeun watt kana daya optik, nu disadiakeun pikeun panguat tahap ngompa dina 1018 nm kalawan lampu tina lasers serat lianna. Sakabéh sistem ngabogaan ukuran dua kulkas.

Pamakéan lasers serat anu ogé ngalegaan ka motong kakuatan tinggi na las. Contona, maranéhna digantian lalawanan las lambar baja ngarengsekeun masalah deformasi tina materi. kontrol kakuatan sarta parameter lianna ngidinan ngagambarkeun kurva motong pisan tepat, utamana juru.

The pangkuatna laser serat multimode - pikeun motong logam tina produsén sami - nepi ka 100 kW. Sistim ieu dumasar kana kombinasi beam incoherent, jadi éta teu super kualitas luhur beam. lalawanan Hal ieu ngajadikeun lasers serat pikaresepeun pikeun industri.

pangeboran beton

Multimode kaluaran serat laser of 4 kW bisa dipaké pikeun motong na pangeboran beton. Naha ngalakukeun eta? Nalika insinyur nyobian pikeun ngahontal lalawanan seismik wangunan aya, janten ati pisan ku beton anu. Nalika dipasang di dinya, kayaning tulangan baja pangeboran perkusi konvensional bisa ngakibatkeun flaws sarta ngaleuleuskeun beton, tapi serat lasers motong tanpa crushing eta.

Lasers sareng serat Q-switched dipake contona keur panyiri atanapi di pabrik éléktronika semikonduktor. Aranjeunna oge dipake dina finders rentang: modul anu ukuran leungeun hiji ngandung lasers serat panon-aman anu kaluaran mangrupa 4 kW, frékuénsi 50 kHz sarta durasi pulsa tina 5-15 NS.

perlakuan permukaan

Aya minat hébat dina lasers serat leutik pikeun mikro na nanoprocessing. Nalika nyoplokkeun lapisan permukaan, upami durasi pulsa nyaéta pondok ti 35 ps, teu bahan nyemprot. Ieu nyegah dibentukna dimples sarta artifak pikaresepeun lianna. The pulsa di rezim femtosecond ngahasilkeun épék linier nu teu peka panjang gelombang jeung wewengkon sakurilingna teu dipanaskeun, sahingga digawekeun tanpa ngaruksak penting atanapi weakening sahiji wewengkon sakurilingna. Sajaba ti, liang bisa dipotong ku jero tinggi mun lebar - contona, gancang (dina sababaraha milliseconds) liang leutik tina 1 mm maké stainless steel pulsa 800-fs ku frékuénsi 1 MHz.

Ieu oge mungkin pikeun ngahasilkeun bahan transparan permukaan-dirawat, e.g., panon manusa. Pikeun motong panutup dina microsurgery panon, pulsa femtosecond vysokoaperturnym lénsa fokus pageuh dina hiji titik dihandap beungeut panon tanpa ngabalukarkeun karuksakan dina beungeut cai, tapi panon ku ngaruksak bahan dina jero dikawasa. Beungeut lemes tina cornea, nu penting pisan pikeun visi tetep gembleng. panutup kasebut dipisahkeun ti handap, bisa lajeng jadi ditarik nepi ka permukaan laser ngabentuk lénsa excimer. aplikasi médis séjén kaasup bedah penetrasi deet di dermatology, kitu ogé pamakéan jenis nu tangtu tomography kohérénsi optik.

lasers femtosecond

lasers Femtosecond dina elmu dipaké pikeun ngagumbirakeun laser ngarecahna spéktroskopi, spéktroskopi fluorescence nu resolusina temporal, oge keur bahan panalungtikan umum. Sajaba ti éta, maranéhna téh diperlukeun pikeun produksi femtosecond sisir frékuénsi diperlukeun dina metrology sarta studi umum. Salah sahiji aplikasi nyata dina istilah pondok bakal jam atom tina satelit GPS tina generasi anyar, anu baris ngaronjatkeun katepatan positioning.

Hiji laser serat frékuénsi anu dipigawé ku linewidth spéktral kurang ti 1 kHz. Ieu alat impressive sareng daya kaluarannana radiasi leutik ti 10 MW mun 1W. Manggih aplikasi dina widang komunikasi, metrology (e.g., dina gyroscopes serat) jeung spéktroskopi.

Naon hareup?

Sedengkeun pikeun aplikasi ieu panalungtikan séjén, éta téh masih loba di antarana nu ditalungtik. Contona, rékayasa militer, nu bisa dilarapkeun di wewengkon séjén, anu diwangun dina ngagabungkeun hiji serat-laser balok pikeun ménta hiji beam tinggi ngagunakeun kombinasi koheren atanapi spéktral. Hasilna, leuwih kakuatan kahontal dina beam single-mode.

Produksi lasers serat ieu ngembang pesat, hususna keur kaperluan industri otomotif. Ogé, aya pergantian alat serat non-serat. Salian perbaikan umum di ongkos jeung kinerja, aya lasers femtosecond jeung sumber supercontinuum leuwih praktis. Serat lasers ngeusian deui niches sarta jadi sumber pamutahiran keur tipe séjén lasers.