Λέιζερ οπτικών ινών. Χαρακτές λέιζερ ινών

Τεχνικά πλεονεκτήματα του laser ινών υττερβίου.

Λέιζερ ινών που κατασκευάζει η Telesis όπως π.χ Zenith 10FQ, αντιπροσωπεύουν μια σύγχρονη και μοναδική ιδέα για τη δημιουργία δέσμης λέιζερ. Η οπτική ίνα είναι το μέσο παραγωγής λέιζερ.

Τα τυπικά λέιζερ στερεάς κατάστασης με αντλία διόδου (DPSSL) έχουν πηγές φωτός οπτικών ινών που χρησιμοποιούνται για τη μετάδοση του φωτός σε έναν απομακρυσμένο κρύσταλλο, ο οποίος είναι το μέσο για το lasing του λέιζερ. Τα παραδοσιακά λέιζερ στερεάς κατάστασης με αντλία διόδου (DPSSL) μπορούν να περιγραφούν ως «μια απομακρυσμένη πηγή φωτός διόδου που μεταδίδει φως μέσω μιας ίνας που χρησιμεύει για την τελική άντληση του φωτός στον κρύσταλλο στερεάς κατάστασης». Τα περισσότερα συστήματα DPSSL (λέιζερ στερεάς κατάστασης με αντλία διόδου) που κυκλοφορούν σήμερα στην αγορά είναι λέιζερ με άντληση άκρου με διόδους.

Σχέδιο λέιζερ ινών Zenith 10FQείναι μια σημαντική ανακάλυψη στην τεχνολογία λέιζερ και είναι μια προσαρμογή πολλών τεχνικών εξελίξεων των λέιζερ που χρησιμοποιούνται στον στρατιωτικό και στον τομέα των τηλεπικοινωνιών. Η Telesis Corporation έχει ενσωματώσει αυτές τις τεχνικές εξελίξεις σε βιομηχανικά συστήματα σήμανσης λέιζερ. Λόγω της ιστορικής τους εξέλιξης, τα λέιζερ ινών Telesis ενσωματώνονται ευκολότερα σε βιομηχανικές διαδικασίες και προσαρμόζονται σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, σε αντίθεση με τα πιο παραδοσιακά λέιζερ ινών με αντλία διόδου.

Τεχνικά πλεονεκτήματα των laser ινών όπως π.χ Zenith 10FQ, σε σύγκριση με τα παραδοσιακά λέιζερ με αντλία διόδου:

Τα λέιζερ ινών δεν είναιαπαιτούν ειδική συντήρηση

Αποδεδειγμένη τεχνολογία στερεάς κατάστασης
- Λιγότερα εξαρτήματα που χρειάζονται συντήρηση

Οχι την ανάγκη προσαρμογής της πηγής φωτός στην οπτική του θαλάμου άντλησης

Οπτική Οι θάλαμοι αντλιών είναι «ενσωματωμένοι» στην ενεργή ίνα

Οχι την ανάγκη βελτιστοποίησης της πηγής φωτός λέιζερ

Στο εργοστάσιο παραγωγήςΗ φωτεινή πηγή ιωδίου στερεώνεται σε βελτιστοποιημένη θέση στο μέσο ενεργής ίνας που δημιουργεί το λέιζερ.

Οχι την ανάγκη χειροκίνητης επιλογής πηγών φωτός διόδου μέσα σε ένα στενό παράθυρο λειτουργίας με την ελπίδα της βελτιστοποίησης των τεχνικών χαρακτηριστικών.

Οι πηγές φωτός διόδου καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα, το οποίο αυξάνει δραματικά τη διάρκεια ζωής της διόδουκαι εξασφαλίζει σταθερή λειτουργία.

Δίοδος Οι πηγές φωτός είναι ευρυζωνικές και κατασκευάζονται σύμφωνα με τις αυστηρές απαιτήσεις για συσκευές τηλεπικοινωνιών για συνεχή λειτουργία σε ακραίες συνθήκες. Οι προδιαγραφές προβλέπουν παραμέτρους προϊόντος που είναι διπλάσιες από εκείνες που θα απαιτούνταν ποτέ για βιομηχανικές εφαρμογές.

Αυτο-βαθμονόμηση, αρχή "ρυθμίστε το και ξεχάστε το".λέιζερ για λειτουργία χωρίς υποστήριξη χειριστή 24 ώρες την ημέρα, 7 ημέρες την εβδομάδα.

Σύστημα Zenith 10FQ παρακολουθεί αυτόματα την ισχύ της πηγής λέιζερ, ανταποκρινόμενη συνεχώς στην κατάσταση, επιτρέποντας τη διατήρηση του επιπέδου ισχύος ανεξάρτητα από αλλαγές στην εφαρμοζόμενη τάση ή πιθανή ελαφρά φθορά μεμονωμένων διόδων.

Σε σύστημα λέιζερ Ζενίθ ® ακόμη και στο πιο απίστευτο σενάριο, όταν μια δίοδος αποτύχει (υπάρχουν 6 δίοδοι αντλίας σε κάθε σύστημα), οι άλλες δίοδοι θα προσαρμόσουν αυτόματα την ισχύ τους για να αντισταθμίσουν την απώλεια.

Μέση τιμή Το MTBF είναι 100.000 ώρες συνεχούς λειτουργίας.

Δοκιμασμένο σε πραγματικές συνθήκες

Χιλιάδες Τα λέιζερ οπτικών ινών χρησιμοποιούνται όλο το εικοσιτετράωρο στη στρατιωτική βιομηχανία και στις βιομηχανίες τηλεπικοινωνιών.

Λέιζερ ινών Ζενίθ ® μπορεί να λειτουργήσει σε πιο σκληρά περιβάλλοντα από τα παραδοσιακά λέιζερ.

Ο σχεδιασμός στερεάς κατάστασης επιτρέπει στο λέιζερ να είναι ανθεκτικό σε μεγαλύτερες διακυμάνσεις θερμοκρασίας από ό,τι μπορεί ένα λέιζερ με αντλία διόδου.

Οπτική σύστημα θαλάμου φουσκώματοςZenith 10FQ «κολλημένο» στην ενεργή ίνα, η οποία επιτρέπει στην εγκατάσταση να χρησιμοποιηθεί σε συνθήκες υψηλής υγρασίας, έως και 90% (χωρίς συμπύκνωση), που είναι πολύ υψηλότερη τιμή από τους περιορισμούς των παραδοσιακών λέιζερ με αντλία διόδου με απροστάτευτα οπτικά θάλαμο αντλίας .

Λέιζερ ινών ως τυπικό χαρακτηριστικό Zenith 10FQ έχει ενσωματωμένο μετρητή ισχύος και ενδείξεις σφάλματος στον πίνακα.

Οι ψηφιακοί μετρητές ισχύος δείχνουν την πραγματική ισχύ λέιζερ στον μπροστινό πίνακα του ελεγκτή. Οι ενδείξεις σφάλματος στον πίνακα παρέχουν άμεσες πληροφορίες σχετικά με την κατάσταση του συστήματος σήμανσης λέιζερ.

Αυτο-βαθμονόμησηΗ ισχύς λέιζερ, οι ενδείξεις παρακολούθησης πληροφοριών ισχύος και οι ενδείξεις σφάλματος, καθώς και η υψηλή διάρκεια ζωής της διόδου και τα πλεονάζοντα κυκλώματα σημαίνουν ότι ο χειριστής δεν χρειάζεται να εκτελεί τους εβδομαδιαίους ελέγχους και τις ρυθμίσεις που αποτελούν αναπόσπαστο χαρακτηριστικό των τυπικών συστημάτων λέιζερ με τελική άντληση.

Αέρας ψύξη, απομάκρυνση θερμότητας

Λέιζερ ινών Telesis λειτουργεί πιο δροσερά από οποιοδήποτε άλλο λέιζερ λόγω της ανώτερης απόδοσης μετατροπής ισχύος.
- Δεν υπάρχει ανάγκη για υδρόψυξη που μπορεί να διαρρεύσει, ή πολύπλοκα σχέδια ψύξης, όπως ενεργές πλάκες ψύξηςΘερμοηλεκτρικό που μπορεί να αποτύχει.

Μονότροπη ίναγραμμή τροφοδοσίας με σχεδόν τέλειο προφίλ δέσμης

Σταθερότητα Η δέσμη κατά τη λειτουργία σημαίνει σήμανση υψηλής ποιότητας και σχηματισμό χαρακτήρων, ανεξάρτητα από τις ρυθμίσεις.
- Ποιότητα δέσμης (συντελεστής M2) για λέιζερ Zenith 10FQ είναι μικρότερη από 2 (μεταξύ 1,5 και 1,8 ανάλογα με την επιλεγμένη οπτική), γεγονός που δημιουργεί ένα σχήμα δοκού που είναι βέλτιστο για τη σήμανση μετάλλου και πλαστικού.
  
  Η ποιότητα του προφίλ δέσμης παραμένει σταθερή σε ένα εύρος δυναμικής λειτουργίας από 0,01 έως 10 W ισχύος εξόδου (σε αντίθεση με τα περισσότερα συστήματα με αντλία διόδου, τα οποία είναι ασταθή στο κάτω 5% και στο επάνω 10% του εύρους λειτουργίας).

Ιδανικό Το προφίλ δέσμης σημαίνει ότι υψηλότερα επίπεδα ενέργειας μπορούν να κατευθυνθούν στο προϊόν, επιτρέποντας:

Εφαρμόστε περισσότεραγρήγορη και βαθιά σήμανση στο υλικό

Στείλετε Υψηλής ποιότητας εστιασμένη δέσμη με καλύτερο έλεγχο σε ανεπιθύμητες περιοχές ανακατασκευής και θερμικής επεξεργασίας.

Μειώστε τον κύκλο εργασίας

Επανάληψη υψηλής ταχύτηταςαλλαγές στη διαμόρφωση φορτίου δοκού Q (δοκός Q - μεταγωγή)

Υψηλός Ο ρυθμός επανάληψης με βελτιστοποιημένους παλμούς επιτυγχάνει αυτό που μερικές φορές αποκαλείται «κρύα ακτίνα λέιζερ»
- Όρια Οποιαδήποτε ανεπιθύμητη καύση πλαστικού, φύλλου, χαρτιού ή υποστρώματος.
  
  Μπορώ Σημειώστε μια ευρύτερη γκάμα πλαστικών υλικών, επιτυγχάνοντας αντίθεση αποχρωματίζοντας μόνο την περιοχή που επισημαίνεται.
  
  Οριο Μείωση της απαγωγής αερίων κατά την επισήμανση υλικών όπως τα πλαστικά, προκαλώντας άνιση συσσώρευση απορριμμάτων σε ορισμένα υλικά.
  
  Πιο εύκολο να ρυθμίσετε το βάθος σήμανσης.

Απλός και τυπική σύνδεση AC και κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας υψηλής απόδοσης

Ένα από τα πιο ισχυρά λέιζερ που δημιουργήθηκαν ποτέ
- Συνολικό ρεύμα για Zenith 10FQ (μόνο λέιζερ) είναι μόνο 2 A. Η παρεχόμενη τάση είναι 230 V, 60 Hz. Σημείωση : Η παρεχόμενη ηλεκτρική ενέργεια πρέπει να είναι λιωμένη στα 250V στα 6Α

Όταν προσθέτετε εξωτερικές συσκευές ή αξεσουάρ αυτόματης τροφοδοσίας, το ρεύμα αυξάνεται, γεγονός που αυξάνει την κατανάλωση ενέργειας ολόκληρου του συστήματος

Δεν απαιτείται εξωτερική ψύξη νερού.

Η ενεργειακή απόδοση είναι διπλάσια από αυτή του καλύτερου συστήματος με αντλία διόδου.

Όταν το σύστημα λειτουργεί Zenith 10FQ (μόνο λέιζερ) καταναλώνει λιγότερο από 600 W. Ένα συμβατικό λέιζερ με αντλία διόδου καταναλώνει περισσότερο από 1,15 kW.

Με την πάροδο του χρόνου, το σύστημα σήμανσης λέιζερ Zenith 10FQ θα σας επιτρέψει να επιτύχετε σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας στην κατανάλωση

Zenith 10FQ λιγότερο ευαίσθητο σε μικρές αλλαγές στην παροχή ρεύματος από τα περισσότερα συστήματα λέιζερ με αντλία διόδου.

Χρησιμοποιεί διόδους ευρείας ζώνης για μέγιστη απόδοση

Εσωτερικό κύκλωμα ελέγχου για διόρθωση ισχύος λέιζερ

Απλός και λιτή βιομηχανικήσχέδιο

Ενσωματωμένη δίοδος κόκκινου φωτός εστιακά ευθυγραμμισμένη με την κύρια κατεύθυνση λέιζερ
- Εύκολη εγκατάσταση και δωρεάν εκκίνηση

Απόσταση μεταξύ του ελεγκτή λέιζερ και της οπτικής μονάδας εστίασης μπορεί να είναι έως και 5 μέτρα ( Telesis διατηρεί το δικαίωμα να διαμορφώσει το μήκος της ίνας τροφοδοσίας για τη βελτιστοποίηση συγκεκριμένων συνθηκών εφαρμογής).

Μικρό Η ελαφριά κεφαλή μπορεί να ενσωματωθεί σχεδόν σε οποιαδήποτε θέση.

Ευέλικτη ενισχυμένη προστασία γύρω από οπτικά μέρη

Πρότυπο Ελεγκτής βάσης 19" Rack Mount

Εύκολα εγκατάσταση σε υπάρχουσα γραμμή παραγωγής ή νέο ειδικό σταθμό εργασίας.

Διαχείριση μέσω ευέλικτης, ένας τυπικός προσωπικός υπολογιστής με δυνατότητα αναβάθμισης.

Τυπικοί επιτραπέζιοι υπολογιστές και οθόνες

Προαιρετικά διατίθενται φορητοί υπολογιστές με κάρτες διασύνδεσης

Εύκολο στη συντήρηση

Δεν χρειάζονται αναλώσιμες λάμπες ή φίλτρα

Απλοποιημένη Ο αρθρωτός σχεδιασμός περιλαμβάνει τέσσερις μονάδες που μπορούν να απαιτήσουν σέρβις ή αντικατάσταση από οποιονδήποτε τεχνικό στο χώρο του ξενοδοχείου.
- Η/Υ ή λογισμικό
  
  Ελεγκτής λέιζερ / πηγή λέιζερ
  
  Θωρακισμένο καλώδιο / καλωδιακή διεπαφή
  
  Οπτικό μπλοκ εστίασης

Οικονομικά πλεονεκτήματα του λέιζερ ινών Zenith 10FQ

Εγγύηση
1. Εγγύηση για πηγές φωτός διόδου Zenith 10FQ είναι απίστευτες 20.000 ώρες (μετρούμενες με τον ενσωματωμένο χρονοδιακόπτη της πηγής λέιζερ) ή δύο χρόνια από την ημερομηνία παράδοσης.
  - Η εμπειρία λειτουργίας αυτών των λέιζερ ινών δείχνει έναν μέσο χρόνο μεταξύ των βλαβών περίπου 75.000 ωρών κατά μέσο όρο. (διαφημίζουμε αυτό το επίτευγμα ως "Λειτουργία συστήματος χωρίς συντήρηση για περισσότερα από 50.000").
2. Τα περισσότερα συστήματα διόδων με τελική άντληση μπορούν να προσφέρουν μόνο εγγύηση 10.000 ωρών για την πηγή φωτός λόγω των επιλεγμένων με το χέρι διόδων στενής ζώνης που απαιτούνται για τη λειτουργία και της επιβάρυνσης της εξ αποστάσεως τελικής άντλησης του κρυστάλλου παραγωγής λέιζερ. Ορισμένες εταιρείες προσφέρουν ένα σύνθετο πρόγραμμα αναλογίας 15.000 ωρών όπου πληρώνετε για το ποσοστό του χρόνου που «καταναλώνετε» την πηγή διόδου.
  - Στις πρώτες μέρες των συστημάτων με αντλία διόδου, ο στόχος ήταν να επιτευχθεί MTBF 10.000 ωρών.
  - Η εμπειρία χρήσης συστημάτων νέας γενιάς με αντλία διόδου δείχνει μέσο χρόνο μεταξύ βλαβών περίπου 15.000 ωρών.
  - Χρησιμοποιώντας Zenith 10FQ αυτό θα συμβεί μεταξύ 50.000 και 100.000 ωρών, με 75.000 ώρες να είναι ο μέσος όρος.
    - Για παράδειγμα, με τρεις βάρδιες, 24 ώρες την ημέρα, 50 εβδομάδες, έχουμε 8.400 ώρες το χρόνο. τότε ένας μέσος χρόνος μεταξύ βλαβών 75.000 ωρών σημαίνει αντικατάσταση της διόδου κάθε 9 χρόνια κατά τη χρήση του συστήματος Zenith 10FQ .
  - Η αντικατάσταση διόδων σε ένα σύστημα με αντλία διόδου θα πραγματοποιηθεί μεταξύ 10.000 και 20.000 ωρών, με τον μέσο αριθμό ωρών να είναι 15.000.
    - Για παράδειγμα, με τρεις βάρδιες, 24 ώρες την ημέρα, 50 εβδομάδες, έχουμε 8.400 ώρες το χρόνο. Στη συνέχεια, ένας μέσος χρόνος μεταξύ των βλαβών 15.000 ωρών σημαίνει αντικατάσταση της διόδου κάθε 2 χρόνια όταν χρησιμοποιούνται συστήματα με αντλία διόδου.
Μεγάλη διάρκεια ζωής πριν την ανάγκη αντικατάστασης εξαρτημάτων
1. Τελικά, όλες οι πηγές φωτός LED θα απαιτούν αντικατάσταση ή συντήρηση με έξοδα του χρήστη.
Λειτουργικό κόστος (πλεονέκτημα Zenith 10FQ )
1. Στη χειρότερη περίπτωση.
  - Το κόστος αντικατάστασης της πηγής φωτός LED για το Zenith® 10F είναι περίπου 8.550 $. Το κόστος αντικατάστασης της πηγής φωτός για ένα τυπικό σύστημα διόδου τελικής αντλίας είναι περίπου 7.500 $. Στη χειρότερη περίπτωση κατά τη χρήση Zenith 10FQ , όταν η πηγή πρέπει να αντικατασταθεί εκτός εγγύησης, θα υπολογίσουμε το κόστος αντικατάστασης της πηγής φωτός με κόστος 8.500 $ μετά την περίοδο εγγύησης των 50.000 ωρών. 1.8.500 $ διαιρούμενο με 50.001 ώρες ισούται με 0,17 $ ανά ώρα χρήσης Zenith 10FQ (στη χειρότερη περίπτωση).
  - Σε ένα σενάριο της χειρότερης περίπτωσης που χρησιμοποιεί ένα τυπικό σύστημα διόδου με τελική άντληση, υπολογίζουμε το κόστος αντικατάστασης της πηγής φωτός στα 7.500 $ μετά την περίοδο εγγύησης 10.000 ωρών. 1.7.500 $ διαιρούμενο με 10.001 ώρες ισούται με 0,75 $ ανά ώρα χρησιμοποιώντας ένα σύστημα αντλίας διόδου (στη χειρότερη περίπτωση).
2. Το καλύτερο σενάριο. Λαμβάνοντας υπόψη ότι ο μέσος χρόνος μεταξύ των αστοχιών ενός συστήματος λέιζερ ινών Zenith 10FQ είναι 100.000 ώρες και ένα τυπικό σύστημα που αντλείται από διόδους είναι 15.000 ώρες, τότε:
  - Στην καλύτερη περίπτωση για Zenith 10FQ το κόστος αντικατάστασης μιας πηγής φωτός που κοστίζει 8.500 $ με MTBF 100.000 ωρών θα ήταν: 8.500 $ διαιρεμένο με 100.000 ώρες, που θα ήταν 0,09 $ ανά ώρα χρήσης Zenith 10FQ (το καλύτερο σενάριο).
  - Στην καλύτερη περίπτωση για ένα τυπικό σύστημα διόδου με ακραία αντλία, το κόστος αντικατάστασης μιας πηγής φωτός που κοστίζει 7.500 $ με MTBF 15.000 ωρών θα ήταν: 7.500 $ διαιρούμενο με 15.000 ώρες, το οποίο θα ήταν 0,50 $ ανά ώρα χρησιμοποιώντας ένα σύστημα αντλίας διόδου (καλύτερη περίπτωση) .
Ημερήσια κατανάλωση ενέργειας
1. Τα λέιζερ ινών έχουν διπλάσια ενεργειακή απόδοση από τα καλύτερα συστήματα με αντλία διόδου. Κατά τη λειτουργία του Zenith® 10FQ σε πλήρη ισχύ (μόνο λέιζερ), καταναλώνεται λιγότερη από 600 watt ηλεκτρικής ενέργειας.
  - Για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιείτε Zenith 10FQ , εάν, κατά μέσο όρο, η kW/ώρα κοστίζει 2 ρούβλια. ανά kW; τότε η κατανάλωση για μία ημέρα συνεχούς χρήσης θα είναι 600 W/ώρα πολλαπλασιαζόμενη επί 24 ώρες ισούται με 14,4 kW.
  - Με κόστος 1 kW 2 ρούβλια. το μέγιστο κόστος ανά ημέρα θα είναι: 2 ρούβλια. X 14,4 kW = 28,80 τρίψτε. χρησιμοποιώντας Zenith 10FQ .
2. Ένα τυπικό σύστημα με αντλία διόδου καταναλώνει περισσότερο από 1,15 kW ηλεκτρικής ενέργειας.
  - Για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιείτε σύστημα με αντλία διόδου, εάν, κατά μέσο όρο, η kW/ώρα κοστίζει 2 ρούβλια. ανά kW; τότε η κατανάλωση για μία ημέρα συνεχούς χρήσης θα είναι 1.150 W/ώρα πολλαπλασιαζόμενη επί 24 ώρες ισούται με 27,6 kW.
  - Με κόστος 1 kW 2 ρούβλια. το μέγιστο κόστος ανά ημέρα θα είναι: 2 ρούβλια. X 27,6 kW = 55,20 τρίψτε. όταν χρησιμοποιείτε ένα τυπικό σύστημα αντλήσεως διόδου.

Πλεονεκτήματα ενός λέιζερ ινών έναντι των λέιζερ με αντλία διόδου και λαμπτήρων

Καλύτερη ποιότητα δέσμης

Υψηλότερη ηλεκτρική απόδοση

Μεγαλύτερη αξιοπιστία

Χαμηλό λειτουργικό κόστος

Χαμηλό κόστος συντήρησης

Μικρό μέγεθος

Απομακρυσμένη μετάδοση δέσμης

Εγγύηση - 20 χιλιάδες ώρες λειτουργίας

MTBF από 30 έως 50 χιλιάδες ώρες. Μέσος χρόνος - 100 χιλιάδες ώρες πριν αποτύχει το στοιχείο αντλίας λέιζερ

Τα λέιζερ ινών νοούνται ως λέιζερ στερεάς κατάστασης που αντλούνται οπτικά, το ενεργό στοιχείο των οποίων είναι ένας οδηγός φωτός ινών με πρόσθετα ενεργοποιητών λέιζερ. Τα πιο πολλά υποσχόμενα συστήματα οδηγών φωτός είναι τα λέιζερ που βασίζονται σε ίνες που ενεργοποιούνται από ιόντα νεοδυμίου έχουν δύο κύριες γραμμές λέιζερ με κεντρικά μήκη κύματος μm και μm, που βρίσκονται στο φασματικό εύρος όπου οι απώλειες και η διασπορά του φωτός στις ίνες χαλαζία είναι ελάχιστες.

Ρύζι. 4.11. Εξάρτηση του μήκους του τμήματος του ρελέ από τον ρυθμό μετάδοσης πληροφοριών για μια κλιμακωτή ίνα με εξασθένηση για μικρά:

1 - για μια δίοδο λέιζερ (η χαρακτηριστική πτώση στο τμήμα BC οφείλεται στη διασπορά μεταξύ των λειτουργιών) 2 - για μια δίοδο εκπομπής σβητο (η χαρακτηριστική μείωση οφείλεται στο ευρύ φάσμα της διόδου στο τμήμα, και επιπλέον στο πτώση χαρακτηριστικών συχνότητας στην ενότητα)

Τα φασματικά χαρακτηριστικά της ενίσχυσης του νεοδυμίου είναι πρακτικά ανεξάρτητα από τις εξωτερικές συνθήκες η μετατόπιση της θερμοκρασίας του μήκους κύματος που αντιστοιχεί στη μέγιστη ενίσχυση των ιόντων νεοδυμίου είναι ίση, ενώ για τα μέσα ημιαγωγών αυτή η παράμετρος είναι. εισάγουν αποτελεσματικά την ακτινοβολία σε οδηγούς φωτός ινών, συμπεριλαμβανομένων και μονής λειτουργίας.

Παρά αυτά τα πλεονεκτήματα και, όπως θα φανεί παρακάτω, την ευρεία λειτουργικότητα, τα λέιζερ ινών δεν έχουν ακόμη εγκαταλείψει το ερευνητικό στάδιο. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι κατά τη δημιουργία συστημάτων οπτικών ινών, πολλά προβλήματα επιλύθηκαν χρησιμοποιώντας καλά ανεπτυγμένους εκπομπούς ημιαγωγών, ειδικά σε αρκετά απλά συστήματα που εφαρμόζονται αρχικά, όπου ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα των πηγών ημιαγωγών παίζει καθοριστικό ρόλο - δυνατότητα άμεσης διαμόρφωσης της έντασης της ακτινοβολίας από το ρεύμα της αντλίας. Στα λέιζερ στερεάς κατάστασης, ιδιαίτερα σε λέιζερ που βασίζονται σε μέσα ενεργοποιημένα με νεοδύμιο, η διαμόρφωση υψηλής ταχύτητας της έντασης της ακτινοβολίας με αλλαγή της ισχύος της αντλίας είναι ουσιαστικά αδύνατη λόγω του σχετικά μεγάλου διαμήκους χρόνου χαλάρωσης. Η αδυναμία γρήγορης «ενεργοποίησης» του ανεστραμμένου πληθυσμού περιορίζει τις συχνότητες άμεσης διαμόρφωσης σε τιμές Hz. Ανάπτυξη συστημάτων οδηγών φωτός, ειδικά υποσχόμενων συστημάτων του εγγύς μέλλοντος με συνεκτική λήψη και πολυκαναλικό φασματικό

Η συμπίεση διεγείρει την ανάπτυξη λέιζερ ινών, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν όχι μόνο ως γεννήτριες, αλλά και ως ενισχυτές φωτός.

Τα υπάρχοντα σχέδια λέιζερ ινών μπορούν να χωριστούν σε τρεις ομάδες. Τα λέιζερ ινών της πρώτης ομάδας χρησιμοποιούν δέσμες πολλών μακριών ινών και ισχυρή άντληση με παλμικούς λαμπτήρες εκκένωσης αερίου. Η θετική ανάδραση σε τέτοιες δομές σχηματίζεται λόγω της ανάκλασης του φωτός από τα άκρα των ινών και της οπισθοσκέδασης σε μικροκάμψεις και ανομοιογένειες.

Ρύζι. 4.12. Σχέδια λέιζερ ινών: α - με άντληση στο τέλος. β - με εγκάρσια άντληση για ίνες μικρής διαμέτρου, γ - με άμεση τοποθέτηση ινών σε χάρακα - πλατφόρμα εκπομπής - καθρέφτης αντηχείου λέιζερ, διαφανές στην ακτινοβολία, 13 - ενεργή ίνα, 5 - καθρέφτης αντηχείου. 6 - οπτική κόλλα, 8 - ανακλαστήρας, 9 - γυάλινος κύλινδρος, 10, 12 - καλοριφέρ. 11, 14 - Γραμμές LED

Η άντληση σωλήνων καθιστά δυνατή την επίτευξη υψηλών κερδών με ένα μόνο πέρασμα, αλλά απαιτεί τη χρήση συστημάτων εξαναγκασμένης ψύξης υγρού και ογκωδών τροφοδοτικών, γεγονός που προφανώς καθιστά μη ρεαλιστική τη δημιουργία συσκευών μικρού μεγέθους. Ορισμένες προοπτικές με αυτή την έννοια μπορεί να βρίσκονται στη χρήση μικρολαμπτήρων εκκένωσης αερίου. Τα πλεονεκτήματα των σχεδίων με αντλία λαμπτήρων περιλαμβάνουν τη δυνατότητα χρήσης τους ως οπτικοί ενισχυτές ταξιδιού κυμάτων και ενισχυτές αναγέννησης με αρκετά υψηλό κέρδος (~30-40 dB).

Η δεύτερη ομάδα σχεδίων λέιζερ ινών χρησιμοποιεί μικρά μήκη μονοκρυσταλλικών ινών και ινών γυαλιού εμποτισμένες με ιόντα νεοδυμίου. Η άντληση πραγματοποιείται μέσω του άκρου της ίνας με λέιζερ ημιαγωγών ή LED. Μια αρκετά υψηλή απόδοση αντλίας επιτυγχάνεται με την αντιστοίχιση του φάσματος εκπομπής ενός πομπού ημιαγωγών που βασίζεται σε ένα GaAlAs GVD με μία από τις γραμμές έντονης απορρόφησης νεοδυμίου με κεντρικό μήκος κύματος περίπου

0,81 μm. Ο σχεδιασμός των λέιζερ ινών της δεύτερης ομάδας φαίνεται σχηματικά στο Σχ. 4.12, α. Λόγω της χαμηλής απολαβής του ενεργού μέσου, σχηματίζεται η κοιλότητα του λέιζερ

διηλεκτρικοί καθρέφτες με υψηλή ανακλαστικότητα. Τα λέιζερ που βασίζονται σε μονοκρυσταλλικές ίνες από γρανάτη αλουμινίου υττρίου με νεοδύμιο και ίνες χαλαζία γυαλιού με νεοδύμιο έχουν αυτό το σχέδιο. Υπάρχουν αναφορές παραγωγής με τελική άντληση με λέιζερ κρυπτόν σε κρυσταλλική ίνα και με άντληση με λέιζερ αργού σε ίνα ρουμπίνι Τα καλύτερα αποτελέσματα επιτεύχθηκαν όταν χρησιμοποιήθηκε ένας κρύσταλλος με γεωμετρία ίνας, μήκους 0,5 cm και 80. μm σε διάμετρο. Ο εξωτερικός συντονιστής (Εικ. 4.12, α) σχηματίστηκε από καθρέφτες με διηλεκτρική επίστρωση, ένας από τους οποίους είχε ανάκλαση για ακτινοβολία λέιζερ με μικρά και μόνο για ακτινοβολία αντλίας, ο δεύτερος καθρέφτης με την ίδια υψηλή ανακλαστικότητα για ακτινοβολία λέιζερ αντανακλούσε την αντλία φως αρκετά καλά Οι καθρέφτες βρίσκονταν σχεδόν κοντά στις άκρες της ίνας. Η άντληση πραγματοποιήθηκε από επιφανειακό LED με διάμετρο περιοχής εκπομπής 85 μm. Η ισχύς της αντλίας κατωφλίου ήταν

Τα κύρια πλεονεκτήματα των λέιζερ ινών αυτού του σχεδιασμού είναι η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και οι συνολικές διαστάσεις. Κύρια μειονεκτήματα: το κύκλωμα άκρου άντλησης δεν επιτρέπει τη χρήση τμημάτων ινών με μήκος μεγαλύτερο από 1 cm, γεγονός που περιορίζει την ισχύ εξόδου. Επιπλέον, η τεχνολογία κατασκευής και ευθυγράμμισης αυτών των λέιζερ είναι πολύπλοκη και η παρουσία ενός LED αντλίας σε ένα από τα άκρα περιπλέκει τη χρήση του λέιζερ ως ενισχυτή οπτικού σήματος.

Λέιζερ ινών πολλαπλών στροφών με εγκάρσια άντληση από ράβδους LED (Εικ. αντιπροσωπεύει τα σχέδια της τρίτης ομάδας. Αρκετές στροφές από ίνες γυαλιού τοποθετούνται στη ράβδο LED, ο πυρήνας της οποίας ενεργοποιείται από ιόντα νεοδυμίου. Ο σχεδιασμός σε κάποιο βαθμό Συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των λέιζερ ινών της πρώτης και της δεύτερης ομάδας και στερείται των περισσότερων μειονεκτημάτων τους Είναι δυνατό να ληφθεί ένα αρκετά μεγάλο κέρδος σε ένα πέρασμα Λόγω της μικρής διαμέτρου των οπτικών ινών σε ένα εγκάρσια αντλούμενο σχήμα, η χρήση ινών γυαλιού με υψηλή συγκέντρωση ιόντων είναι αποτελεσματική Φως αντλίας Οι ίνες που κατασκευάζονται από υπερφωσφορικά άλατα νεοδυμίου έχουν τέτοιες ιδιότητες Η τοποθέτηση ινών πολλαπλών στροφών σε γραμμές LED μπορεί να γίνει με διαφορετικούς τρόπους. Έτσι, ένα κομμάτι ίνας τραβιέται επανειλημμένα μέσω ενός γυάλινου κυλίνδρου με διάμετρο περίπου 1 mm (Εικ. 4.12, β), στην εξωτερική επιφάνεια του οποίου εφαρμόζεται μια ανακλαστική επίστρωση.

αύξηση της αποτελεσματικότητας χρήσης της ακτινοβολίας της αντλίας. Αυτή η μέθοδος προτιμάται για ίνες με μικρή εξωτερική διάμετρο (μm). Οι ίνες μεγαλύτερης διαμέτρου μπορούν να τοποθετηθούν στη γραμμή LED για περιστροφή (Εικ. 4.12, γ). Και τα δύο σχέδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως οπτικοί ενισχυτές οδεύοντος κύματος, με το ένα άκρο του οδηγού φωτός να είναι η είσοδος του ενισχυτή και το άλλο να είναι η έξοδος. Η εφαρμογή επικαλύψεων καθρέφτη στα άκρα των ινών επιτρέπει lasing με αντηχείο ινών Fabry-Perot.

Τα χαρακτηριστικά των διεργασιών λέιζερ σε ενεργές οπτικές ίνες καθορίζονται από την παρουσία ειδικής παραγωγής λέιζερ απουσία θετικής ανάδρασης.

Ρύζι. 4.13. Οδηγός φωτός ινών: α - με ενεργό πυρήνα και παθητική επένδυση. β - με παθητικό πυρήνα και ενεργό κέλυφος (2)

Αυτή είναι η κύρια διαφορά μεταξύ των λέιζερ ινών και των λέιζερ που βασίζονται σε ογκομετρικά ενεργά στοιχεία. Για να εξηγήσουμε την ουσία αυτής της διαδικασίας, η οποία είναι κοντά στο καθεστώς υπερφωταύγειας στα LED ημιαγωγών, ας εξετάσουμε κάποιο στοιχειώδες τμήμα του οδηγού φωτός στο οποίο δημιουργείται ένας ανεστραμμένος πληθυσμός (Εικ. 4.13, α). Η αυθόρμητη εκπομπή εμφανίζεται με ίση πιθανότητα προς όλες τις κατευθύνσεις, αλλά η ακτινοβολία, συγκεντρωμένη σε δύο κώνους γωνιών που έχουν κοινό άξονα με την ίνα και καθορίζονται από γωνία ανοίγματος 20, δεν φεύγει από τον πυρήνα. Εδώ

όπου βρίσκονται οι δείκτες διάθλασης του πυρήνα και της επένδυσης, αντίστοιχα, Αυτή η ακτινοβολία διεγείρει τις φυσικές ταλαντώσεις (τρόπους λειτουργίας) της ίνας, οι οποίες ενισχύονται με διεγερμένη εκπομπή κατά τη διάδοση κατά μήκος της ίνας προς τα δεξιά και προς τα αριστερά (Εικ. 4.13, α). Η ίδια εικόνα παρατηρείται για οποιοδήποτε άλλο στοιχειώδες τμήμα του πυρήνα της ενεργής ίνας. Στην έξοδο μιας τέτοιας πηγής φωτός ινών, η απόκλιση ακτινοβολίας καθορίζεται κατά προσέγγιση από το αριθμητικό άνοιγμα της ίνας

Εφόσον η ένταση των κυμάτων φωτός που διαδίδονται το ένα προς το άλλο σε έναν ενεργό οδηγό φωτός είναι σημαντικά μικρότερη από την τιμή που κορεστεί το κέρδος, τα κύματα αντίθετη διάδοσης είναι ανεξάρτητα, καθώς και οι ενέργειες που μεταφέρονται από διαφορετικούς τρόπους λειτουργίας του οδηγού φωτός. Υπό αυτές τις συνθήκες, η διαδικασία ενίσχυσης της αυθόρμητης εκπομπής λόγω διεγερμένης εκπομπής περιγράφεται από τις γνωστές εξισώσεις ενός ενισχυτή λέιζερ χωρίς κορεσμό και λαμβάνοντας υπόψη την αυθόρμητη εκπομπή. Η φασματική πυκνότητα ισχύος της ακτινοβολίας σε έναν τρόπο λειτουργίας στην έξοδο του ενεργού τμήματος ενός μήκους ίνας (Εικ. 4.13, α) είναι ίση με

Εδώ είναι η σταθερά του Planck. - συχνότητα δονήσεων φωτός. - πληθυσμός των ανώτερων και κατώτερων επιπέδων λέιζερ. - κέρδος ανά μονάδα μήκους, όπου είναι ο συντελεστής Αϊνστάιν για την αναγκαστική μετάβαση. - κανονικοποιημένο σχήμα της γραμμής φασματικής απολαβής. c είναι η ταχύτητα του φωτός. Η μέγιστη παραγόμενη ισχύς μπορεί να περιοριστεί είτε από το μήκος της ίνας είτε, όπως στα λέιζερ με αντηχεία, από τον κορεσμό. Φυσικά, κατά τη διαδικασία ενίσχυσης, το φάσμα παραγωγής στενεύει σε σύγκριση με το φάσμα φωταύγειας λόγω του γεγονότος ότι τα φασματικά στοιχεία στο κέντρο της γραμμής ενισχύονται περισσότερο. Το πλάτος του φάσματος καθορίζεται από το κέρδος και το σχήμα και το φάσμα εκπομπής είναι συνεχές λόγω της απουσίας συντονιστή.

Η συγκεκριμένη διαδικασία λέιζερ ινών που εξετάζεται έχει τρεις σημαντικές πτυχές.

1. Ο ενεργός οδηγός φωτός ινών μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πηγή φωτός χωρίς οπτικό αντηχείο.

2. Κατά τη δημιουργία λέιζερ ινών χρησιμοποιώντας ένα παραδοσιακό σχέδιο κοιλότητας, είναι απαραίτητο να ληφθεί υπόψη ότι η εξεταζόμενη διαδικασία μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση κορεσμού σε ένα πέρασμα, με αποτέλεσμα η ανάδραση να χάσει το νόημά της. Σε αυτή την περίπτωση, οι τιμές των και πρέπει να επιλέγονται έτσι ώστε να απέχουν πολύ από την τιμή που κορεστεί το κέρδος.

3. Στους ενισχυτές οπτικών ινών, η παραγωγή φωτός ως αποτέλεσμα της διαδικασίας που συζητήθηκε είναι η κύρια πηγή θορύβου. Η φασματική πυκνότητα ισχύος θορύβου σε έναν τρόπο λειτουργίας, υπολογιζόμενη εκ νέου στην είσοδο του ενισχυτή, όπως προκύπτει από τον τύπο (4.12), είναι ίση με

Σε ένα σύστημα τεσσάρων επιπέδων, όπως το κύκλωμα στάθμης λέιζερ νεοδυμίου, συνήθως σε υψηλά κέρδη

Στους ογκομετρικούς ενισχυτές, ο θόρυβος της ενισχυμένης αυθόρμητης εκπομπής θεωρείται από καιρό θεμελιωδώς μη αφαιρούμενος (βλέπε, για παράδειγμα, εργασία), ωστόσο, στους ενισχυτές ινών, το επίπεδό του μπορεί να μειωθεί σημαντικά όταν χρησιμοποιείται ο οδηγός φωτός που φαίνεται στο Σχ. 4.13, 6. Η ίνα μονής λειτουργίας, ο πυρήνας της οποίας είναι κατασκευασμένος από γυαλί χαλαζία με πρόσθετο που αυξάνει τον δείκτη διάθλασης, για παράδειγμα, έχει επένδυση από γυαλί που ενεργοποιείται από ιόντα νεοδυμίου. Η δημιουργία ενός αντίστροφου πληθυσμού στην επένδυση οδηγεί σε ενίσχυση του τρόπου λειτουργίας πυρήνα με αποτελεσματικό κέρδος

που είναι το κέρδος στο κέλυφος? - μέρος της ισχύος λειτουργίας πυρήνα που διαδίδεται στην επένδυση. P είναι η συνολική ισχύς που μεταφέρεται από αυτή τη λειτουργία. Η αναλογία αλλάζει από 0,99 σε 0,1 όταν η παράμετρος της ίνας αλλάζει από 0,6 σε 2,4048. Όταν ο πυρήνας αρχίζει να κατευθύνει αποτελεσματικά την κύρια λειτουργία εντοπίζοντας το πεδίο του κοντά στον εαυτό του, η δεύτερη λειτουργία διεγείρεται. Ο τύπος λήφθηκε με τον ίδιο τρόπο όπως η έκφραση για τον συντελεστή εξασθένησης μιας ίνας με επένδυση στην οποία συμβαίνουν απώλειες ακτινοβολίας που είναι κατώτερες σε ποιότητα από τις ίνες. Σημαντικά μειονεκτήματα του πρώτου είναι η αστάθεια θερμοκρασίας της γραμμής ενίσχυσης (για μικρά), οι σημαντικές απώλειες κατά τη σύνδεση των οδηγών φωτός ίνας μονής λειτουργίας στον επίπεδο οδηγό φωτός του ενισχυτή και το υψηλό επίπεδο ισχύος θορύβου - ακτινοβολία υπερφωταύγειας.

Τα λέιζερ ινών ανοίγουν τη δυνατότητα δημιουργίας νέων τύπων FOD. Το ευαίσθητο στοιχείο, που είναι ένας οδηγός φωτός ινών, είναι εδώ μέρος ενός δακτυλίου ινών ή γραμμικού αντηχείου λέιζερ.

Ρύζι. 4.14. Λέιζερ ινών μονής συχνότητας με κατανεμημένη ανάδραση (α) και καθρέφτες Bragg (β): 1 - ενεργός πυρήνας; 2 - κέλυφος με περιοδική δομή

Μια αλλαγή στη φάση των ταλαντώσεων φωτός υπό την επίδραση εξωτερικών παραγόντων οδηγεί σε αλλαγή στις συχνότητες παραγωγής διαφόρων τρόπων στα λέιζερ. Πληροφορίες σχετικά με τις εξωτερικές επιρροές περιέχονται στην αλλαγή της συχνότητας των ρυθμών intermode. Με βάση ένα λέιζερ ινών με αντηχείο δακτυλίου, το οποίο πραγματοποιείται με συγκόλληση των άκρων του οδηγού φωτός ή με την αποκόλλησή τους, είναι αρκετά απλό να δημιουργηθεί ένα γυροσκόπιο ινών λέιζερ μικρού μεγέθους.

Τα σταθερά λέιζερ ινών μονής συχνότητας μπορούν να εφαρμοστούν ως κατανεμημένη ανάδραση ή κατανεμημένη σχεδίαση ανάκλασης Bragg. Για να γίνει αυτό, δημιουργείται ένα ανακλαστικό φασματικό φίλτρο ινών σε ορισμένα τμήματα της ίνας χρησιμοποιώντας μία από τις μεθόδους που θα περιγραφούν παρακάτω (βλ. παράγραφο 4.8) (Εικ. 4.14). Τέτοιες πηγές μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διόδους νερού φάσης.

Η χρήση λέιζερ υπερφωταύγειας ινών καθιστά δυνατή την απλοποίηση του σχεδιασμού των γυροσκόπιων παθητικής ίνας και την αύξηση της ευαισθησίας τους μειώνοντας το επίπεδο θορύβου που προκαλείται από την παρουσία ογκομετρικών στοιχείων. Στα συμβολόμετρα δακτυλίου και στα γυροσκόπια, το επίπεδο θορύβου μειώνεται με μείωση του μήκους συνοχής της ακτινοβολίας πηγής και του αριθμού των ογκομετρικών στοιχείων (βλ. ενότητα 3.6). Σε μια πηγή ινών, είναι εύκολο να διασφαλιστεί ότι το μήκος συνοχής της ακτινοβολίας είναι μεγαλύτερο από τη διαφορά διαδρομής μεταξύ των αντιδιαδοθέντων κυμάτων του συμβολόμετρου, λόγω περιστροφής και μη αμοιβαίων επιδράσεων. Τα λέιζερ υπερφωταυγών ινών έχουν εύρος φάσματος nm και αρκετά υψηλή ισχύ παλμού

συνδέεται με ένα συμβολόμετρο δακτυλίου ινών χρησιμοποιώντας τυπικούς ζεύκτες.

Η μελέτη του προβλήματος της κοπής μετάλλων με λέιζερ πρέπει να ξεκινήσει με την εξέταση των φυσικών αρχών λειτουργίας του λέιζερ. Δεδομένου ότι περαιτέρω στην εργασία όλες οι μελέτες της ακρίβειας της κοπής με λέιζερ υλικών λεπτών φύλλων θα πραγματοποιηθούν σε ένα σύμπλεγμα λέιζερ χρησιμοποιώντας ένα λέιζερ ινών υττερβίου, θα εξετάσουμε το σχεδιασμό των λέιζερ ινών.

Το λέιζερ είναι μια συσκευή που μετατρέπει την ενέργεια της αντλίας (ελαφριά, ηλεκτρική, θερμική, χημική κ.λπ.) σε ενέργεια μιας συνεκτικής, μονοχρωματικής, πολωμένης και εξαιρετικά στοχευμένης ροής ακτινοβολίας.

Τα λέιζερ ινών αναπτύχθηκαν σχετικά πρόσφατα, τη δεκαετία του 1980. Επί του παρόντος, είναι γνωστά μοντέλα τεχνολογικών λέιζερ ινών με ισχύ έως 20 kW. Η φασματική σύστασή τους κυμαίνεται από 1 έως 2 μm. Η χρήση τέτοιων λέιζερ καθιστά δυνατή την παροχή διαφορετικών χρονικών χαρακτηριστικών ακτινοβολίας.

Πρόσφατα, τα λέιζερ ινών αντικαθιστούν ενεργά τα παραδοσιακά λέιζερ σε τομείς εφαρμογής της τεχνολογίας λέιζερ όπως, για παράδειγμα, κοπή και συγκόλληση μετάλλων με λέιζερ, σήμανση και επεξεργασία επιφανειών, εκτύπωση και εκτύπωση λέιζερ υψηλής ταχύτητας. Χρησιμοποιούνται σε αποστασιοποιητές λέιζερ και τρισδιάστατους εντοπιστές, τηλεπικοινωνιακό εξοπλισμό, ιατρικές εγκαταστάσεις κ.λπ.

Οι κύριοι τύποι λέιζερ ινών είναι λέιζερ συνεχούς κύματος μονής λειτουργίας, συμπεριλαμβανομένων λέιζερ μονής πόλωσης και λέιζερ μονής συχνότητας. λέιζερ παλμικής ίνας που λειτουργούν σε λειτουργίες Q-switching, mode-locking και τυχαίας διαμόρφωσης. Συντονίσιμα λέιζερ ινών. Υπερφωταύγεια λέιζερ ινών. λέιζερ συνεχών πολλαπλών ινών υψηλής ισχύος.

Η αρχή λειτουργίας του λέιζερ βασίζεται στη μετάδοση φωτός από μια φωτοδίοδο μέσω μιας μακριάς ίνας. Ένα λέιζερ οπτικών ινών αποτελείται από μια μονάδα αντλίας (συνήθως ευρυζωνικές λυχνίες LED ή δίοδοι λέιζερ), έναν οδηγό φωτός στον οποίο εμφανίζεται το λέιζερ και έναν συντονιστή. Ο οδηγός φωτός περιέχει μια δραστική ουσία (ενσωματωμένη οπτική ίνα - έναν πυρήνα χωρίς επένδυση, σε αντίθεση με τους συμβατικούς οπτικούς κυματοδηγούς) και κυματοδηγούς αντλίας. Ο σχεδιασμός του αντηχείου συνήθως καθορίζεται από τις τεχνικές προδιαγραφές, αλλά διακρίνονται οι πιο κοινές κατηγορίες: αντηχεία τύπου Fabry-Perot και αντηχεία δακτυλίου. Σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις, μερικές φορές πολλά λέιζερ συνδυάζονται σε μία εγκατάσταση για να αυξήσουν την ισχύ εξόδου. Στο Σχ. Το σχήμα 1.2 δείχνει ένα απλοποιημένο διάγραμμα μιας συσκευής λέιζερ ινών.

Ρύζι. 1.2. Τυπικό κύκλωμα λέιζερ ινών.

1 - ενεργή ίνα. 2 - Καθρέφτες Bragg? 3 - μπλοκ άντλησης.

Το κύριο υλικό για την ενεργή οπτική ίνα είναι ο χαλαζίας. Η υψηλή διαφάνεια του χαλαζία εξασφαλίζεται από τις κορεσμένες καταστάσεις των ενεργειακών επιπέδων των ατόμων. Οι ακαθαρσίες που εισάγονται από το ντόπινγκ μετατρέπουν τον χαλαζία σε απορροφητικό μέσο. Επιλέγοντας την ισχύ ακτινοβολίας της αντλίας, σε ένα τέτοιο περιβάλλον είναι δυνατό να δημιουργηθεί μια αντίστροφη κατάσταση πληθυσμού ενεργειακών επιπέδων (δηλαδή, τα επίπεδα υψηλής ενέργειας θα είναι πιο γεμάτα από το επίπεδο του εδάφους). Με βάση τις απαιτήσεις για τη συχνότητα συντονισμού (εύρος υπερύθρων για τηλεπικοινωνίες) και την ισχύ της αντλίας χαμηλού κατωφλίου, κατά κανόνα, πραγματοποιείται ντόπινγκ με στοιχεία σπάνιων γαιών της ομάδας λανθανιδών. Ένας από τους συνηθισμένους τύπους ινών είναι το έρβιο, που χρησιμοποιείται σε συστήματα λέιζερ και ενισχυτών, το εύρος λειτουργίας των οποίων βρίσκεται στο εύρος μήκους κύματος 1530-1565 nm. Λόγω της διαφορετικής πιθανότητας μετάβασης στο κύριο επίπεδο από τα υποεπίπεδα του μετασταθερού επιπέδου, η απόδοση παραγωγής ή ενίσχυσης διαφέρει για διαφορετικά μήκη κύματος στο εύρος λειτουργίας. Ο βαθμός ντόπινγκ με ιόντα σπάνιων γαιών συνήθως εξαρτάται από το μήκος της δραστικής ίνας που κατασκευάζεται. Σε εμβέλεια έως και αρκετές δεκάδες μέτρα μπορεί να κυμαίνεται από δεκάδες έως χιλιάδες ppm και στην περίπτωση χιλιομέτρων - 1 ppm ή λιγότερο.

Οι καθρέφτες Bragg - ένας κατανεμημένος ανακλαστήρας Bragg - είναι μια πολυεπίπεδη δομή στην οποία ο δείκτης διάθλασης του υλικού αλλάζει περιοδικά σε μία χωρική κατεύθυνση (κάθετα στα στρώματα).

Υπάρχουν διάφορα σχέδια για την άντληση οπτικών κυματοδηγών, από τα οποία τα πιο συνηθισμένα είναι σχέδια καθαρών ινών. Μια επιλογή είναι να τοποθετήσετε την ενεργή ίνα μέσα σε πολλά περιβλήματα, εκ των οποίων η εξωτερική είναι προστατευτική (η λεγόμενη ίνα διπλής επίστρωσης). Το πρώτο κέλυφος είναι κατασκευασμένο από καθαρό χαλαζία με διάμετρο αρκετών εκατοντάδων μικρομέτρων και το δεύτερο από πολυμερές υλικό, ο δείκτης διάθλασης του οποίου επιλέγεται να είναι σημαντικά χαμηλότερος από αυτόν του χαλαζία. Έτσι, η πρώτη και η δεύτερη επένδυση δημιουργούν έναν πολυτροπικό κυματοδηγό με μεγάλη διατομή και αριθμητικό άνοιγμα στον οποίο εκτοξεύεται η ακτινοβολία της αντλίας. Στο Σχ. Το σχήμα 1.3 δείχνει το διάγραμμα άντλησης ενός λέιζερ που βασίζεται σε ίνα διπλής επικάλυψης.

Ρύζι. 1.3. Κύκλωμα άντλησης για λέιζερ που βασίζεται σε ίνα διπλής επίστρωσης.

Τα πλεονεκτήματα των λέιζερ ινών περιλαμβάνουν παραδοσιακά μια σημαντική αναλογία της περιοχής του αντηχείου προς τον όγκο του, η οποία εξασφαλίζει ψύξη υψηλής ποιότητας, θερμική σταθερότητα πυριτίου και μικρού μεγέθους συσκευές σε παρόμοιες κατηγορίες ισχύος και απαιτήσεις ποιότητας. Μια δέσμη λέιζερ, κατά κανόνα, πρέπει να εισάγεται σε μια οπτική ίνα για μετέπειτα χρήση στην τεχνολογία. Για λέιζερ άλλου σχεδιασμού, αυτό απαιτεί ειδικά συστήματα οπτικής ευθυγράμμισης και καθιστά τις συσκευές ευαίσθητες στους κραδασμούς. Στα λέιζερ ινών, η ακτινοβολία παράγεται απευθείας στην ίνα και έχει υψηλή οπτική ποιότητα. Τα μειονεκτήματα αυτού του τύπου λέιζερ είναι ο κίνδυνος μη γραμμικών επιδράσεων λόγω της υψηλής πυκνότητας ακτινοβολίας στην ίνα και η σχετικά χαμηλή ενέργεια εξόδου ανά παλμό λόγω του μικρού όγκου της δραστικής ουσίας.

Τα λέιζερ ινών είναι κατώτερα από τα λέιζερ στερεάς κατάστασης σε εφαρμογές όπου απαιτείται υψηλή σταθερότητα πόλωσης και η χρήση ινών που διατηρούν την πόλωση είναι δύσκολη για διάφορους λόγους. Τα λέιζερ στερεάς κατάστασης δεν μπορούν να αντικατασταθούν από λέιζερ ινών στο φασματικό εύρος 0,7-1,0 microns. Έχουν επίσης μεγαλύτερες δυνατότητες αύξησης της ισχύος εξόδου παλμού σε σύγκριση με τις οπτικές ίνες. Ωστόσο, τα λέιζερ ινών αποδίδουν καλά σε μήκη κύματος όπου δεν υπάρχουν καλά μέσα ή κάτοπτρα για άλλα σχέδια λέιζερ και επιτρέπουν σε ορισμένα σχέδια λέιζερ, όπως η μετατροπή προς τα πάνω, να υλοποιούνται πιο εύκολα.

Μονάδες λέιζερ διόδου Οι μονάδες λέιζερ διόδου της σειράς DLM παράγονται με ισχύ εξόδου έως και 100 W. Αυτά τα λέιζερ διακρίνονται για τον συμπαγή σχεδιασμό, την υψηλή αξιοπιστία και τη σχέση κόστους-αποτελεσματικότητας. Λειτουργούν σε μήκος κύματος περίπου 970 nm, έχουν απόδοση βύσματος 40-45%, είναι σχεδιασμένα για αγώγιμη ή εξαναγκασμένη ψύξη αέρα και δεν απαιτούν αντικατάσταση οποιουδήποτε στοιχείου καθ' όλη τη διάρκεια ζωής τους. Η ακτινοβολία εξέρχεται μέσω μιας εύκαμπτης οπτικής ίνας με διάμετρο 0,1...0,3 mm, προστατευμένη από μεταλλικό περίβλημα. Για ευκολία στη λειτουργία των μονάδων, η ακτινοβολία χαμηλής ισχύος από ένα πιλοτικό λέιζερ στην κόκκινη ή πράσινη περιοχή μπορεί να προστεθεί στην αόρατη ακτινοβολία λειτουργίας.

Το κύκλωμα ελέγχου της μονάδας λέιζερ παρέχει λειτουργίες για την ενεργοποίηση/απενεργοποίηση της ακτινοβολίας εξόδου, τον έλεγχο της ισχύος εξόδου, την παρακολούθηση των παραμέτρων της μονάδας και τον έλεγχο του πιλοτικού λέιζερ. Οι επιτρεπόμενες συχνότητες διαμόρφωσης της ακτινοβολίας εξόδου είναι έως 50 kHz. Οι μονάδες τροφοδοτούνται από πηγές DC χαμηλής τάσης.

Κύρια πλεονεκτήματα
- Συμπαγής σχεδιασμός
- Παροχή ακτινοβολίας ινών
- Απόδοση έως και 45%
- Αγωγή ή ψύξη αέρα
- Διαμόρφωση ακτινοβολίας με συχνότητες έως 50 kHz
- Υψηλή αξιοπιστία και μεγάλη διάρκεια ζωής
- Δεν απαιτείται συντήρηση

Τομείς χρήσης
- Συγκόλληση
- Συγκόλληση πλαστικών
- Θερμική επεξεργασία
- Καθαρισμός επιφάνειας
- Ιατρικές συσκευές
- Άντληση με λέιζερ
- Επιστημονική έρευνα

Επιλογές
- Πράσινο/κόκκινο πιλοτικό λέιζερ

Τυπική Προδιαγραφή

Επιλογές	DLM-5	DLM-10	DLM-15	DLM-30	DLM-50	DLM-75	DLM-100
Τρόπος λειτουργίας	Συνεχής, διαμόρφωση έως 50 kHz
Μέγιστη ισχύς εξόδου	5	10	15	30	50	75	100
Μήκος κύματος ακτινοβολίας	970
Χαρακτηριστικά ινών
Οπτική έξοδος	Γυμνό άκρο ινών/προστατευμένη τελική επιφάνεια/οπτική υποδοχή					Προστατευμένη άκρη/οπτική υποδοχή
Μήκος ίνας, m	έως 20 μ
Τρόποι λειτουργίας
Συνθήκες θερμοκρασίας, °C	0…+40
Διαστάσεις
Μέγεθος, mm	130 x 230 x 36,5					252 x 220 x 75
Βάρος, kg	3	3	3	5	5	7	8

CW Ytterbium Laser

Η σειρά λέιζερ συνεχών κυμάτων υττερβίου ILM έχει σχεδιαστεί για ενσωμάτωση σε εξοπλισμό τελικού χρήστη για διάφορες εφαρμογές και έχει σχεδιαστεί για σκληρές συνθήκες λειτουργίας - με υψηλά επίπεδα κραδασμών και μόλυνσης, υγρασία έως και 90% και μεγάλες διαφορές θερμοκρασίας. Τα συμπαγή, χωρίς συντήρηση, αντλούμενα από διόδου λέιζερ ινών υττερβίου παράγουν ακτινοβολία στο φασματικό εύρος των 1030-1080 nm, η οποία παρέχεται απευθείας στην πληγείσα περιοχή χρησιμοποιώντας ίνα μονής λειτουργίας σε προστατευτικό μεταλλικό περίβλημα. Κατόπιν αιτήματος του πελάτη, μπορεί να εγκατασταθεί ένας φακός ευθυγράμμισης ή ένας οπτικός σύνδεσμος στο τέλος της ίνας.

Η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας (η απόδοση «από την πρίζα» είναι μεγαλύτερη από 25-30%), ο συμπαγής σχεδιασμός, η έλλειψη ρυθμιζόμενων στοιχείων, η ψύξη αέρα, η υψηλή αξιοπιστία και η μεγάλη διάρκεια ζωής σε ακραίες συνθήκες λειτουργίας παρέχουν θεμελιώδη πλεονεκτήματα των λέιζερ ινών υττερβίου σε σύγκριση με τα λέιζερ άλλων τύπων για αυτή τη φασματική περιοχή. Η ισχύς εξόδου της ακτινοβολίας μπορεί να διαμορφωθεί σε πλάτος με συχνότητα έως και 5 kHz. Τα λέιζερ της σειράς ILM τροφοδοτούνται από δίκτυο 24 V DC.

Κύρια πλεονεκτήματα
- Ισχύς εξόδου έως 120 W
- Ποιότητα δοκού M2

Επιλογές
- Γραμμική πόλωση
- Μήκος ινών έως 20 m

Τομείς χρήσης
- Συγκόλληση
- Μικροσυγκόλληση
- Θερμική επεξεργασία
- Χαρακτική
- Ιατρικές συσκευές
- Επιστημονικά όργανα

Τυπική Προδιαγραφή

Επιλογές	ILM-1	ILM-5	ILM-10	ILM-20	ILM-50	ILM-100
Τρόπος λειτουργίας	Συνεχής, διαμόρφωση έως 5 kHz
Μέγιστη ισχύς εξόδου, W	1	5	10	20	50	100
Μήκος κύματος ακτινοβολίας, nm	1030 – 1080 (θα διευκρινιστεί κατά την παραγγελία)
Πόλωση	Τυχαίος
Ποιότητα δοκού, M 2	1,05
Τρόποι λειτουργίας
Συνθήκες θερμοκρασίας, °C	0…+40
Κατανάλωση ισχύος, W	25	60	90	125	150	240
Χαρακτηριστικά ινών
Οπτική έξοδος	Collimator
Μήκος ίνας, m	2 – 20 μ
Διαστάσεις
Μέγεθος, mm	165 x 70 x 230				252 x 75 x 220
Βάρος, kg	3	3	5	7	8	8

CW λέιζερ ερβίου

Για τη φασματική περιοχή 1,5 micron, η NTO IRE-Polyus προσφέρει ένα ευρύ φάσμα εξοπλισμού για διάφορους τομείς εφαρμογής της τεχνολογίας λέιζερ - από τις τηλεπικοινωνίες έως την ιατρική. Οι ενισχυτές και τα λέιζερ σε αυτό το φασματικό εύρος χρησιμοποιούν ίνες χαλαζία με πρόσμιξη έρβιου και διόδους αντλίας λέιζερ υψηλής διάρκειας ζωής.

Τα λέιζερ ινών ερβίου της σειράς ELM είναι μοναδικά όργανα που έχουν όλα τα πλεονεκτήματα των λέιζερ ινών και λειτουργούν σε φασματικό εύρος ασφαλούς για τα μάτια (1530-1620 nm). Αυτά τα λέιζερ, λόγω του μεγάλου εύρους ισχύος εξόδου, της υψηλής απόδοσης, της υψηλής αξιοπιστίας και του ευρέος φάσματος επιλογών, αποτελούν την καλύτερη λύση για μια ποικιλία εργασιών στην επεξεργασία υλικών, τις τηλεπικοινωνίες, την ιατρική και τα επιστημονικά όργανα. Οι συσκευές ελέγχονται μέσω μιας διεπαφής, η οποία επιτρέπει τη χρήση του ELM ως μέρος μιας τεχνολογικής εγκατάστασης, ιατρικού ή επιστημονικού συγκροτήματος.

Κύρια πλεονεκτήματα
- Μήκος κύματος εκπομπής από 1530 έως 1620 nm
- Η απόδοση από την πρίζα είναι μεγαλύτερη από 10%
- Άριστη ποιότητα δέσμης
- Ψύξη αέρα ή νερού

Επιλογές
- Διαμόρφωση ισχύος
- Γραμμική πόλωση
- Μήκος ίνας εξόδου έως 20 m

Τομείς χρήσης
- Επεξεργασία υλικού
- Τηλεπικοινωνίες
- Ιατρικές συσκευές

- Περιβαλλοντική παρακολούθηση
- Επιστημονικά όργανα

Τυπική Προδιαγραφή

Επιλογές	ELM-5	ELM-10	ELM-20	ELM-30	ELM-50
Τρόπος λειτουργίας	Συνεχής
Power, W	5	10	20	30	50
Μήκος κύματος ακτινοβολίας, nm	1550 – 1570
Πόλωση	Τυχαίος
Ποιότητα δοκού, M 2	1,05	1,05	1,05	1,05	1,05
Τρόποι λειτουργίας
Συνθήκες θερμοκρασίας, °C	0…+40
Κατανάλωση ισχύος, W	50	90	160	240	330
Χαρακτηριστικά ινών
Οπτική έξοδος	Collimator
Μήκος ίνας, m	2
Διαστάσεις
Μέγεθος, mm	130 x 230 x 70		252 x 220 x 75
Βάρος, kg	5	5	8	8	10

CW λέιζερ θουλίου

Συστήματα λέιζερ που βασίζονται σε ενεργοποιημένες με θούλιο ίνα δημιουργήθηκαν από την NTO IRE-Polyus ειδικά για να καλύψουν την αυξημένη ανάγκη για πηγές ακτινοβολίας υψηλής ισχύος, συμπαγείς, απλής λειτουργίας στη φασματική περιοχή 1800-2100 nm σε εφαρμογές όπως η επεξεργασία υλικών και η ιατρική . Αυτά τα συστήματα έχουν θεμελιώδη πλεονεκτήματα έναντι των παραδοσιακών λέιζερ στερεάς κατάστασης, καθώς παρέχουν υψηλή ισχύ και ποιότητα ακτινοβολίας εξόδου, έχουν υψηλή απόδοση (πάνω από 5% «από την πρίζα»), είναι συμπαγή και δεν απαιτούν ρυθμίσεις και συντήρηση. Η ακτινοβολία παρέχεται με χρήση ινών μονής λειτουργίας που προστατεύεται από μεταλλικό περίβλημα. Τα λέιζερ της σειράς TLM ενσωματώνονται εύκολα σε διάφορα συγκροτήματα και συστήματα πελατών.

Τα λέιζερ ινών θουλίου της σειράς TLM λειτουργούν σε συνεχή λειτουργία στη χαμηλότερη εγκάρσια λειτουργία (M2

Κύρια πλεονεκτήματα
- Τρόπος λειτουργίας μονής λειτουργίας (M2

Επιλογές
- Γραμμική πόλωση
- Μήκος ίνας εξόδου έως 20 m

Τομείς χρήσης
- Επεξεργασία υλικού
- Ιατρικές συσκευές
- Άντληση λέιζερ στερεάς κατάστασης mid-IR και οπτικοί παραμετρικοί ταλαντωτές
- Περιβαλλοντική παρακολούθηση
- Επιστημονικά όργανα

Τυπική Προδιαγραφή

Επιλογές	TLM-5	TLM-10	TLM-30
Τρόπος λειτουργίας	Συνεχής
Power, W	5	10	30
Μήκος κύματος ακτινοβολίας, nm	1800-2100
Πόλωση	Τυχαίος
Χαρακτηριστικά ινών
Οπτική έξοδος	Collimator
Μήκος ίνας, m	2 — 20
Τρόποι λειτουργίας
Συνθήκες θερμοκρασίας, °C	0…+40
Κατανάλωση ισχύος, W	60	120	350
Διαστάσεις
Μέγεθος, mm	130 x 230 x 36,5	215 x 95 x 286
Βάρος, kg	5	8	10

Παλμικά λέιζερ υττερβίου

Τα λέιζερ παλμικών ινών της σειράς ILI παρέχουν παλμική ακτινοβολία με μέση ισχύ έως 50 W και διάρκεια παλμού από 80 έως 120 ns. Οι συχνότητες διαμόρφωσης λειτουργίας κυμαίνονται από 20 kHz έως 100 kHz. Η ακτινοβολία εκπέμπεται μέσω καλωδίου οπτικών ινών μήκους έως και 6 μέτρων. Ο ρυθμιστής εξόδου είναι εξοπλισμένος με έναν οπτικό απομονωτή που παρέχει προστασία από την οπίσθια ανάκλαση. Η κεντρική γραμμή παραγωγής βρίσκεται στην περιοχή 1060-1070 nm. Τα λέιζερ της σειράς ILI είναι εξοπλισμένα με κόκκινο πιλοτικό λέιζερ χαμηλής ισχύος.

Τα παλμικά λέιζερ της σειράς ILI χαρακτηρίζονται από χαμηλή κατανάλωση από δίκτυο 24 V DC και ψύχονται με αέρα χρησιμοποιώντας ενσωματωμένους ανεμιστήρες.

Ο κύριος τομέας εφαρμογής των λέιζερ της σειράς ILI είναι η σήμανση και η χάραξη με λέιζερ. Χρησιμοποιούνται επίσης για κοπή ακριβείας, μικρομηχανική και φρέζα με λέιζερ.

Κύρια πλεονεκτήματα:
- Ισχύς εξόδου έως 50 W
- Ποιότητα δοκού M2

Τομείς χρήσης:
- Χαρακτική
- Σήμανση
- Μικρομηχανική
- Κοπή ακριβείας
- Επιστημονικά όργανα

Τυπική Προδιαγραφή

Επιλογές	OR-0,5-10	OR-1-20	OR-1-50
Τρόπος λειτουργίας	Σφυγμός
Ενέργεια παλμού, mJ	0,5	1	1
Μήκος κύματος ακτινοβολίας, nm	1062
Πόλωση	Τυχαίος
Μέση ισχύς εξόδου, W	10	20	50
Διάρκεια παλμού, ns	90 — 120
Ποιότητα δοκού, M 2	1,4	1,8	1,8
Τρόποι λειτουργίας
Συνθήκες θερμοκρασίας, °C	0…+40
Κατανάλωση ισχύος, W	120	150	240
Χαρακτηριστικά ινών
Οπτική έξοδος	Collimator με ενσωματωμένο απομονωτή
Μήκος ίνας, m	3
Διαστάσεις
Μέγεθος, mm	215 x 95 x 286
Βάρος, kg	8	9	12

THOMAS SCRIBER, ANDREAS TUNNERMANN και ANDREAS THOMS

Εντοπίζοντας προβλήματα με λέιζερ ινών υψηλής ισχύος και βελτιστοποιώντας την οπτική ίνα, επιτεύχθηκε ισχύς μονής λειτουργίας 4,3 kW, με μελλοντική πιθανή κλιμάκωση και νέες εξαιρετικά γρήγορες εφαρμογές λέιζερ υπό ανάπτυξη.

Αν υπάρχει μια σαφής τάση στην τεχνολογία λέιζερ, αυτή είναι η άνοδος των λέιζερ ινών. Τα λέιζερ ινών έχουν πάρει μερίδιο αγοράς από λέιζερ CO2 υψηλής ισχύος, καθώς και από ογκομετρικά λέιζερ στερεάς κατάστασης στην κοπή και συγκόλληση υψηλής ισχύος. Οι μεγάλοι κατασκευαστές λέιζερ ινών στρέφονται τώρα σε μια σειρά από νέες εφαρμογές για να κατακτήσουν ακόμη περισσότερες αγορές.

Μεταξύ των λέιζερ υψηλής ισχύος, τα συστήματα απλής λειτουργίας προσφέρουν χαρακτηριστικά που τα καθιστούν επιθυμητά: έχουν την υψηλότερη φωτεινότητα και μπορούν να εστιαστούν σε λίγα μικρά και στις υψηλότερες εντάσεις. Επιδεικνύουν επίσης το μεγαλύτερο βάθος εστίασης, καθιστώντας τα πιο κατάλληλα για απομακρυσμένη επεξεργασία.

Ωστόσο, είναι δύσκολο να κατασκευαστούν και μόνο η πρωτοπόρος στην αγορά PHG Photonics (Oxford, MA) προσφέρει ένα σύστημα απλής λειτουργίας 10 kW (2009).

Δυστυχώς, δεν υπάρχουν διαθέσιμα δεδομένα για αυτά τα χαρακτηριστικά δέσμης, ιδιαίτερα για οποιαδήποτε πιθανά στοιχεία πολλαπλών λειτουργιών που μπορεί να αντιστοιχούν σε δέσμη μονής λειτουργίας.

Μια ομάδα ερευνητών στη Γερμανία έδειξε ισχύ μονής λειτουργίας 4,3 kW από ένα λέιζερ ινών στο οποίο η έξοδος περιοριζόταν μόνο από την ισχύ της αντλίας εισόδου.

Χρηματοδοτείται από τη γερμανική κυβέρνηση και σε συνεργασία με την TRUMPF (Ditzingen, Γερμανία), την Active Fiber Systems, την Jenoptik και το Ινστιτούτο Φωτονικής Τεχνολογίας Leibniz, μια ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο Friedrich Schiller και το Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering (όλα στην Ιένα της Γερμανίας) ανέλυσαν τις προκλήσεις για την κλιμάκωση τέτοιων λέιζερ και στη συνέχεια ανέπτυξαν νέες ίνες για να ξεπεράσουν τους περιορισμούς. Η ομάδα ολοκλήρωσε με επιτυχία μια σειρά δοκιμών που έδειχναν ισχύ μονής λειτουργίας 4,3 kW, στην οποία η έξοδος λέιζερ ινών περιοριζόταν μόνο από την ισχύ της αντλίας εισόδου.

Εφέ περιορισμού για κλιμάκωση λέιζερ ινών μονής λειτουργίας

Ποιες είναι οι προκλήσεις για ένα τόσο single mode laser υψηλής ισχύος ινών; Αυτά μπορούν να ομαδοποιηθούν σε τρία πεδία: α) βελτιωμένη άντληση, β) ανάπτυξη ενεργών ινών χαμηλής οπτικής απώλειας που λειτουργούν μόνο σε απλή λειτουργία και γ) σωστή μέτρηση της προκύπτουσας ακτινοβολίας.

Σε αυτό το άρθρο, θα υποθέσουμε ότι το α) επιλύεται χρησιμοποιώντας διόδους λέιζερ υψηλής φωτεινότητας και κατάλληλες τεχνικές αποσύνδεσης και θα επικεντρωθούμε στις άλλες δύο περιοχές.

Κατά την ανάπτυξη ενεργών ινών για λειτουργία μονής λειτουργίας υψηλής ισχύος, χρησιμοποιούνται δύο γενικές ομάδες παραμέτρων για βελτιστοποίηση: ντόπινγκ και γεωμετρία. Όλες οι παράμετροι πρέπει να προσδιορίζονται για ελάχιστη απώλεια, λειτουργία μονής λειτουργίας και, τέλος, κέρδος υψηλής ισχύος. Ένας ιδανικός ενισχυτής ινών θα παρέχει υψηλούς ρυθμούς μετατροπής άνω του 90%, εξαιρετική ποιότητα δέσμης και ισχύ εξόδου περιορισμένη μόνο από τη διαθέσιμη ισχύ της αντλίας.

Ωστόσο, η αναβάθμιση ενός συστήματος απλής λειτουργίας σε υψηλότερες ισχύς μπορεί να οδηγήσει σε υψηλότερες πυκνότητες ισχύος εντός του ενεργού πυρήνα, αυξημένο θερμικό φορτίο και μια σειρά από μη γραμμικά οπτικά εφέ όπως διεγερμένη σκέδαση Raman (SRS) και διεγερμένη σκέδαση Brillouin (SBS).

Ανάλογα με το μέγεθος του ενεργού πυρήνα, πολλές εγκάρσιες λειτουργίες μπορούν να διεγερθούν και να ενισχυθούν. Για ένα δεδομένο βήμα δείκτη μεταξύ πυρήνα και κελύφους, όσο μικρότερη είναι η ενεργή διατομή του ενεργού κελιού, τόσο μικρότερος είναι ο αριθμός τέτοιων τρόπων λειτουργίας. Ωστόσο, μια μικρότερη διάμετρος σημαίνει επίσης μεγαλύτερη πυκνότητα ισχύος. Μερικά κόλπα, όπως η κάμψη ινών, προσθέτουν απώλειες για υψηλότερες λειτουργίες.

Ωστόσο, για μεγαλύτερες διαμέτρους πυρήνα και θερμικά φορτία, ενδέχεται να προκύψει άλλη συμπεριφορά. Αυτοί οι τρόποι λειτουργίας υπόκεινται σε αλληλεπίδραση κατά τη διάρκεια της ενίσχυσης—χωρίς βέλτιστες συνθήκες διάδοσης, το προφίλ εξόδου μπορεί να γίνει χωρικά ή χρονικά ασταθές.

Εγκάρσιες αστάθειες

Οι ίνες με πρόσμειξη υττέρβιο (Yb) είναι ένα τυπικό μέσο εργασίας για λέιζερ ινών μονής λειτουργίας υψηλής ισχύος. Αλλά πέρα από ένα ορισμένο όριο, παρουσιάζουν ένα εντελώς νέο αποτέλεσμα - τις λεγόμενες εγκάρσιες αστάθειες λειτουργίας (TMI).

Σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο ισχύος, εμφανίζονται ξαφνικά υψηλότερες λειτουργίες ή ακόμα και λειτουργίες επένδυσης, η ενέργεια μεταφέρεται δυναμικά μεταξύ αυτών των τρόπων λειτουργίας και η ποιότητα της δέσμης μειώνεται.

Η δέσμη αρχίζει να ταλαντώνεται στην έξοδο.

Από τότε που ανακαλύφθηκε το TMI, έχει παρατηρηθεί σε μια ποικιλία σχεδίων ινών από ίνες δείκτη βήματος έως φωτονικές κρυσταλλικές ίνες. Μόνο η τιμή κατωφλίου του εξαρτάται από τη γεωμετρία και το ντόπινγκ, αλλά μια πρόχειρη εκτίμηση υποδηλώνει ότι αυτή η επίδραση υπερβαίνει την ισχύ εξόδου του 1 kW.

Εν τω μεταξύ, το φαινόμενο βρέθηκε ότι οφείλεται σε θερμικές επιδράσεις εντός της ίνας, με ισχυρή σχέση με τα φαινόμενα φωτοσκουρότητας. Επιπλέον, η ευαισθησία των λέιζερ ινών στο TMI φαίνεται να εξαρτάται από τη σύνθεση του πυρήνα.

Η γεωμετρία του δείκτη βημάτων οδηγεί σε έναν αριθμό παραμέτρων για βελτιστοποίηση. Η διάμετρος του πυρήνα, το μέγεθος του κελύφους της αντλίας και η διαφορά του δείκτη διάθλασης μεταξύ του πυρήνα και του κελύφους αντλίας μπορούν να προσαρμοστούν. Αυτή η ρύθμιση εξαρτάται από τη συγκέντρωση του προσμίκτη, δηλαδή η συγκέντρωση των ιόντων Yb μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο του μήκους απορρόφησης της ακτινοβολίας της αντλίας στην ενεργή ίνα. Μπορούν να προστεθούν άλλα πρόσθετα για τη μείωση των θερμικών επιδράσεων και τον έλεγχο του σταδίου του δείκτη διάθλασης.

Υπάρχουν όμως κάποιες αντίθετες απαιτήσεις. Για να μειωθούν τα μη γραμμικά φαινόμενα, η ίνα πρέπει να είναι μικρότερη. Ωστόσο, για να μειωθεί το θερμικό φορτίο, η ίνα πρέπει να είναι μεγαλύτερη. Το φωτοσκουρόχρωμο αυξάνεται με το τετράγωνο της συγκέντρωσης του προσμίκτη, επομένως οι μακρύτερες ίνες με χαμηλότερο ντόπινγκ θα είναι επίσης καλύτερες.

Εφαρμογές στην Επιστήμη Ultrafast

Μετά από περίπου μια δεκαετία στασιμότητας στην κλιμάκωση των λέιζερ ινών μονής λειτουργίας υψηλής ισχύος, φαίνεται πλέον εφικτό να αναπτυχθεί μια νέα γενιά λέιζερ ινών κλάσης κιλοβάτ με εξαιρετική ποιότητα δέσμης.

Εμφανίζονται ισχύς εξόδου 4,3 kW, που περιορίζονται μόνο από την ισχύ της αντλίας.

Έχουν εντοπιστεί οι κύριοι περιορισμοί για περαιτέρω κλιμάκωση και έχουν εντοπιστεί τρόποι υπέρβασης αυτών των περιορισμών.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ήταν μια διεξοδική έρευνα όλων των γνωστών επιπτώσεων και η επακόλουθη βελτιστοποίηση των παραμέτρων που οδήγησε σε προόδους στον σχεδιασμό των ινών και, τελικά, σε νέα ρεκόρ στην απόδοση ισχύος.

Περαιτέρω κλιμάκωση και προσαρμογή της ίνας για άλλες εφαρμογές φαίνεται εφικτή και θα συνεχιστεί περαιτέρω.

Αυτό ανοίγει μια σειρά από ενδιαφέρουσες προοπτικές.

Από τη μία πλευρά, η μεταφορά των αποτελεσμάτων σε βιομηχανικά προϊόντα είναι επιθυμητή από τους εταίρους του έργου, αλλά θα απαιτήσει πρόσθετες σημαντικές αναπτυξιακές προσπάθειες.

Από την άλλη πλευρά, αυτή η τεχνολογία είναι πολύ σημαντική για την κλιμάκωση άλλων συστημάτων λέιζερ οπτικών ινών όπως οι ενισχυτές ινών femtosecond.

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΕΣ ΑΝΑΦΟΡΕΣ

F. Beier et al., “Single-mode 4,3 kW output power from a direct-diode-pumped Yb-doped fiber amplifier”, που θα δημοσιευθεί στο Opt. Εξπρές.
T. Eidam et al., Opt. Lett., 35, 94–96 (2010).
Μ. Müller et al., Opt. Lett., 41, 3439–3442 (2016).

Ίσως είναι χρήσιμο να διαβάσετε: