Serat Ytterbium laser: piranti, asas operasi, daya, produksi, nggunakake

Serat laser sing kompak lan awet, akurat, lan gampang kanggo buyar mlebu panas. Padha teka ing macem-macem lan gadhah kathah apa karo laser jinis liyane duwe kaluwihan unik dhewe.

laser Serat: operasi

Piranti saka jinis iki minangka jenis standar saka sumber ngalangi-negara saka radiasi koheren saka serat, tinimbang rod adi, piring disk. Lampu déning dopant ing bagean tengah Fiber. Struktur dhasar bisa Range saka prasaja cukup Komplek. apparatus laser serat Ytterbium kuwi sing serat wis lumahing gedhe kanggo rasio volume, supaya panas bisa diffused relatif gampang.

Serat laser sing pompa optically, asring karo bantuan saka laser diode, nanging ing sawetara kasus - sumber padha. Optik digunakake ing sistem iki biasané nggantosi komponen optik, endi sing paling utawa kabeh wong sing disambungake kanggo saben liyane. Ing sawetara kasus, a optik akeh, lan sistem serat optik kadhangkala internal digabungake karo optik akeh external.

A sumber pump diode uga Uploaded diode, utawa majemuk dioda individu, saben kang disambungake menyang waveguide konektor fiber optic. serat doping ing saben pungkasan wis pangilon growong Resonator - ing laku nggawe serat Bragg grating. Ing ends saka optik akeh duwe, yen ora mung Beam output lumebu liya serat. Pandhu cahya bisa bengkong supaya yen pengin growong laser uga duwe dawa sawetara meter.

binuclear

serat struktur digunakake ing laser serat, penting. Sing paling umum yaiku géomètri saka struktur dual-inti. inti njaba Undoped (kadhangkala disebut minangka intima ing) pompa nglumpukake cahya lan mimpin iku bebarengan serat. radiation stimulus kui ing serat liwat inti utama, kang asring mode siji. Inti utama ngandhut ytterbium aditif, stimulus dening cahya pump. Ana akeh Wangun inti njaba noncircular kalebu - hexagonal, D-shaped lan persegi dowo, ngurangi kemungkinan mbleset Beam cahya ing inti pusat.

Ing serat laser bisa duwe mburi utawa sisih pumping. Ing cahya mengkono saka siji utawa luwih sumber lumebu ing mburi serat. Nalika cahya sisih pumping diwenehake menyang Splitter kang feed menyang inti njaba. Iki bedo saka rod laser ngendi cahya lumebu jejeg sumbu.

Kanggo kaputusan kuwi mbutuhake akèh pembangunan struktur. manungsa waé owahan mbayar kanggo interpreters cahya pump menyang inti kanggo gawé bantahan populasi, anjog kanggo polusi stimulus ing inti utama. laser inti kudu werna-werna derajat saka nambahi jumlahe ing serat gumantung doping ing, uga ing sawijining dawa. Faktor iki sing disetel minangka insinyur desain paramèter sing dibutuhake.

watesan Power bisa kelakon, utamané nalika operasi ing serat siji-mode. inti kuwi nduwèni wilayah cilik salib-bagean, lan minangka asil liwat cahya therethrough kakiyatan dhuwur banget. Nalika iki dadi non-linear Brillouin semprotane liyane pocapan, kang watesan output daya saka saperangan ewu Watts. Yen output cukup dhuwur, mburi serat bisa rusak.

Utamané laser serat

Panggunaan serat kaya apa adi menehi dawa interaksi luwih, kang dianggo uga nalika diode pumping. Iki asil geometri ing dhuwur efficiency konversi foton, uga dipercaya lan kompak construction, kang ora optik sing bedo karo liyane, mrintahake imbuhan utawa alignment.

A laser serat, kang apparatus ngidini kanggo ngganti uga, bisa dicocogake kanggo welding saka sheets logam nglukis lan kanggo gawé pulses femtosecond. amplifier Serat-ngenani babagan paningal nyedhiyani siji-pass gain lan digunakake ing telekomunikasi, lagi bisa seru akeh gelombang bebarengan. Gain padha digunakake ing amplifier daya karo osilator master. Ing sawetara kasus, ampli bisa dilakokno karo laser gelombang dadi.

Tuladha liyane iku sumber polusi spontan saka serat-pitulungan, kang polusi stimulus wis ditahan. Liyane iku laser serat Raman digabungake karo tambah sawur, gelombang mesti nyukur. Sampun ketemu aplikasi ing riset, endi kombinasi generasi lan nambahi jumlahe nggunakake kaca florid tinimbang serat silika standar.

Nanging, umume, serat digawe saka kaca silika karo dopant arang-bumi ing inti. Ing aditif dhasar ytterbium lan erbium. Ytterbium wis dawa gelombang 1030 kanggo 1080 nm, lan uga emit liwat sawetara saka sudhut. Panggunaan 940-nm pump diode Ngartekno nyuda defisit saka foton. Ytterbium wis ora efek poto-ngilangi, kang ana ing neodymium ing kepadatan dhuwur, supaya terakhir digunakake ing laser akeh lan ytterbium - ing serat (loro nyedhiyani bab gelombang padha).

Erbium mancaraken ing sawetara 1530-1620 nm, aman kanggo mata. Frekuensi sing bisa tikel kangge nghasilaken ing 780 nm, kang ora kasedhiya kanggo jinis laser serat. Akhire, ytterbium bisa ditambahake kanggo erbium supaya unsur bakal nresep radiation pump lan ngirimaken energi iki kanggo erbium. Thulium - dopant liyane kanggo emisi ing wilayah cedhak infrared, kang mangkono iku aman kanggo gambar mripat.

efficiency dhuwur

Ing serat laser iku sistem gabungan-telung-tingkat. ing foton pump excite transisi saka negara lemah kanggo sing lapisan ndhuwur. transisi Laser saka bagean paling saka tingkat ndhuwur ing salah siji saka pamisah lemah negara. Iki banget efektif: contone, ytterbium-940 pump foton nm mancaraken a foton karo gelombang 1030 nm, lan kekurangan kuantum (mundhut energi), mung bab 9%.

Ing kontras, neodymium, pompa ing 808 nm kélangan bab 24% saka energi. Mangkono, ytterbium sipate wis efficiency dhuwur, sanadyan ora kabeh iku achievable amarga mundhut saka sawetara saka foton. Yb bisa pompa ing sawetara pita frekuensi, lan erbium - gelombang 1480 utawa 980 nm. Frekuensi sing luwih ora efektif ing syarat-syarat foton kekurangan, nanging migunani, malah ing kasus iki, amarga ing 980 nm, sumber paling dhuwur.

efficiency sakabèhé saka laser serat punika asil proses loro-langkah. Sepisanan, iku ing efficiency diode pump. sumber Semiconductor saka radiasi koheren banget efektif, karo efficiency 50% nindakake sinyal listrik menyang optik. Saka asil pasinaon laboratorium suggest sing iku bisa tekan Nilai saka 70% utawa luwih. Karo pas output match panyerepan radiation laser serat line wis ngrambah lan efficiency pumping dhuwur.

Sareh, efficiency konversi optik-optik iki. Nalika foton kekurangan cilik bisa entuk sing jurusan dhuwure penambah gairah lan efficiency extraction saka efficiency konversi optik-optical 60-70%. efficiency asil ing sawetara 25-35%.

macem-macem konfigurasi

Serat kuantum dadi gelombang generator uga siji utawa multimode (melintang mode). Singlemode gawé Beam kualitas kanggo bahan, apa utawa ngirim Beam liwat atmosfer, lan multimode industri serat laser bisa generate daya liyane. Kang digunakake kanggo nglereni lan welding, lan ing tartamtu, kanggo perawatan panas, ngendi sawijining murup.

Ing laser serat dawa wis mesti apparatus gabungan-fokus biasane milidetik jinis ngasilaken pulses. Biasane iku siklus tugas punika 10%. Iki ndadékaké menyang daya puncak sing luwih dhuwur tinimbang mode fokus (biasane kaping sepuluh) sing digunakake, contone, kanggo ngebur laser. Frekuensi sing uga 500 Hz, gumantung dadi.

Q-switching in laser serat uga tumindak minangka ing akeh. A dadi pulsa khas ing sawetara nanoseconds kanggo microseconds. Saya suwe Fiber, saya suwe iku njupuk kanggo Q-switching saka radiation output, asil ing pulsa maneh.

situs Serat sawetara watesan ing Q modulasi. The nonlinearity saka laser serat luwih pinunjul amarga saka wilayah salib-bagean cilik saka inti, supaya daya puncak sing arep Luwih winates. Sampeyan bisa nggunakake Q volume ngalih, kang nyedhiyani kinerja luwih, utawa modulators optik, kang disambungake menyang ends saka sisih aktif.

pulses Q-pindhah bisa digedhèkaké ing serat utawa ing Resonator growong. Tuladha ingkang terakhir bisa ditemokaké ing National Komplek simulasi tes nuklir (NIF, Livermore, CA), endi laser serat punika osilator master kanggo 192 rohé. pulses cilik ing slabs akeh kaca doping digedhèkaké kanggo megajoules.

Ing laser serat karo frekuensi sinkronisasi Ambalan gumantung ing dawa materi sing kuat, minangka ing mode liyane rangkaian sinkronisasi lan dadi pulsa gumantung ing kemampuan kanggo ningkatake kabeh. Ing cedhak ing sawetara 50 fs, lan paling khas - ing sawetara 100 fs.

Antarane ytterbium lan serat erbium, ana prabédan penting, kang padha operate ing sawur beda mode. serat Erbium-doping pemancar ing 1550 nm ing region sawur anomali. Iki ngidini solitons. Itterbievye serat ana ing sawur positif utawa normal; minangka asil, padha generate pulses karo modulasi frekuensi linear pocapan. Minangka asil Bragg grating iku perlu kanggo compress dawa pulsa.

Ana sawetara cara kanggo ngowahi pulses serat-laser, ing tartamtu kanggo studi picosecond ultrafast. serat Crystal Photonic bisa diprodhuksi karo intine cilik kanggo efek ora segaris kuwat, kayata kanggo generasi supercontinuum. Ing kontras, kristal photonic bisa uga diprodhuksi karo single-mode banget gedhe inti supaya supaya efek ora segaris ing kakuwasan dhuwur.

Flexible serat Crystal photonic karo inti gedhe digawe kanggo aplikasi mrintahake daya dhuwur. Salah siji cara iku mlengkung disengojo Fiber kanggo mbusak sembarang mode supaya bayangan luwih nalika njagi mode melintang dhasar. Ing non-linearity nggawe harmonics; lan subtracting frekuensi saka lempitan, sampeyan bisa nggawe luwih cendhek lan maneh gelombang. efek taklinear uga bisa gawé komprèsi pulsa, kang ndadékaké menyang combs frekuensi katon.

Sumber supercontinuum minangka pulses cendhak banget gawé spektrum dadi liwat phase modulasi. Contone, saka dhisikan 6 pulses ps ing 1050 nm, kang nggawe spektrum laser serat ytterbium dijupuk ing sawetara saka ultraviolet kanggo luwih saka 1600 nm. sumber liyane saka sumber erbium-supercontinuum IR-pompa ing dawa gelombang 1550 nm.

daya dhuwur

Industry saiki paling konsumen saka laser serat. Ing dhuwur dikarepake sapunika seneng daya saka urutan kilowatt digunakake ing industri otomotif. Industri otomotif obah menyang produksi kiyat montor baja kanggo syarat kekiatan lan relatif gampang kanggo bahan bakar ekonomi luwih. mesin pribadi conventional banget angel, contone, doyo bolongan ing jinis baja lan sumber saka radiasi koheren wis gampang.

Nglereni laser serat logam, dibandhingake karo jinis liyane generator kuantum wis sawetara kaluwihan. Contone, waveband near-infrared uga digunakke logam. Beam bisa dikirim liwat serat, kang ngidini robot kanggo gampang pindhah fokus nalika nglereni lan ngebur.

serat optik nglegakake syarat paling kanggo daya. Senjata US Navy, dites ing 2014, kasusun saka 6-serat 5.5-kilowatt laser digabungake ing siji Beam lan radiating liwat sistem optis mbentuk. 33 unit kW iki digunakake kanggo asor kendaraan unmanned pangeboman. Senajan Beam ora siji-mode, sistem saka kapentingan, kang ngidini kanggo nggawe laser serat karo tangan sing metu saka standar, úa siap kasedhiya.

Daya tunggal-mode sumber cahya paling manéka warna takson saka IPG Photonics 10 kW. Master osilator mrodhuksi watt saka daya optis, sing wis diwenehake kanggo bupati tataran pompa ing 1018 nm karo cahya saka laser serat liyane. Kabeh sistem wis ukuran loro kulkas.

Panggunaan laser serat sing uga lengkap kanggo nglereni daya dhuwur lan welding. Contone, padha diganti resistance welding sheet baja mecahaken masalah ewah-ewahan bentuk saka materi. kontrol Daya lan paramèter liyane ngidini kurva nglereni banget pas, utamané ing sudhut.

Paling kuat laser serat multimode - kanggo nglereni logam saka pabrikan padha - nganti 100 kW. sistem adhedhasar kombinasi Beam incoherent, supaya iku ora super kualitas Beam. resistance iki ndadekake laser serat atraktif kanggo industri.

ngebur beton

Multimode output serat laser 4 kW bisa digunakake kanggo nglereni lan ngebur konkrit. Apa iku? Nalika engineers nyoba kanggo entuk resistance efek ora kekiro bangunan sing ana, ati-ati banget karo beton. Nalika diinstal ing, kayata pitulungan baja ngebur perkusi conventional nyebabake cacat lan weaken beton, nanging serat laser Cut tanpa ngremekake iku.

Laser karo serat Q-diuripake digunakake contone kanggo Labeling utawa ing Pabrik electronics semikonduktor. Padha uga digunakake ing finders range: modul sing ukuran tangan ngemot laser serat mripat-aman kang output 4 kW, frekuensi saka 50 kHz lan dadi pulsa 5-15 ns.

perawatan lumahing

Ana ingkang ageng wonten ing laser serat cilik kanggo mikro lan nanoprocessing. Nalika njabut lapisan lumahing, yen dadi pulsa luwih cendhek saka 35 ps, ora materi uyuh. Iki ngalangi ing tatanan saka lesung lan artefak undesirable liyane. Pulses ing regime femtosecond gawé efek ora segaris sing ora sensitif gelombang lan ing tlatah sakubengé ora digawe panas, saéngga bisa tanpa karusakan substansial utawa weakening saka tlatah saubengé. Tambahan, bolongan bisa Cut karo ambane dhuwur kanggo jembaré - contone, cepet (sawetara milliseconds) bolongan cilik saka 1 mm nggunakake stainless steel pulses 800-fs karo frekuensi saka 1 MHz.

Sampeyan uga bisa kanggo gawé bahan transparent lumahing-dianggep, contone, mripat manungsa. Cut tutup ing microsurgery mripat, pulses femtosecond vysokoaperturnym lensa fokus tightly ing titik ngisor permukaan mripat tanpa nyebabake karusakan apa wae ing lumahing, nanging mripat dening ngancurake materi ing ambane kontrol. The Gamelan lumahing saka kornea, kang penting kanggo sesanti tetep wutuh. tutup wis kapisah saka ngisor, bisa ditarik munggah lumahing laser mbentuk lensa excimer. aplikasi medical kalebu surgery seng nembus cethek ing Dermatology, uga nggunakake jinis-jinis tartamtu saka scan sesambungan optik.

laser femtosecond

laser Femtosecond ing ilmu digunakake kanggo excite laser risak spektroskopi, spektroskopi floresen kanthi resolusi Temporal, lan uga kanggo riset bahan umum. Kajaba iku, padha are needed kanggo produksi femtosecond jongkas frekuensi dibutuhake ing metrologi lan pasinaon umum. Salah siji saka aplikasi nyata ing tembung cekak bakal jam atom saka satelit GPS saka generasi anyar, kang bakal nambah akurasi posisi.

Single laser serat frekuensi wis dileksanakake karo linewidth spektral kurang saka 1 kHz. Iki piranti nyengsemaken karo daya output radiation cilik saka 10 MW kanggo 1W. Ketemu aplikasi ing lapangan komunikasi, metrologi (contone, ing gyroscopes serat) lan spektroskopi.

Apa sabanjuré?

Minangka kanggo aplikasi riset, iku isih akèh wong-wong mau sing sinau. Contone, teknik militer, kang bisa Applied ing wilayah liyane, kang kasusun ing nggabungke serat-sorotan laser diwenehi Beam dhuwur nggunakake kombinasi manéka warna takson utawa spektral. Akibaté, luwih daya wis ngrambah ing Beam siji-mode.

Produksi laser serat akeh kanthi cepet, utamané kanggo kabutuhan indhustri otomotif. Uga, ana panggantos saka piranti serat non-fibrous. Saliyane dandan umum ing biaya lan kinerja, ana laser femtosecond lan sumber supercontinuum luwih praktis. Serat laser Occupy liyane tepak lan dadi sumber dandan kanggo jinis laser.