วิวัฒนาการทางเทคนิคของเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูง

วิวัฒนาการทางเทคนิคของเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูง

การเพิ่มประสิทธิภาพของไฟเบอร์เลเซอร์โครงสร้าง

1.โครงสร้างปั๊มแสงอวกาศ

ไฟเบอร์เลเซอร์ในยุคแรกๆ ส่วนใหญ่ใช้เอาต์พุตของปั๊มออปติคัลเลเซอร์เอาต์พุตกำลังเอาต์พุตต่ำ เพื่อปรับปรุงกำลังเอาต์พุตของไฟเบอร์เลเซอร์อย่างรวดเร็วในช่วงเวลาสั้น ๆ จึงมีความยากลำบากมากขึ้น ในปี 1999 กำลังเอาต์พุตของสาขาการวิจัยและพัฒนาไฟเบอร์เลเซอร์ทะลุ 10,000 วัตต์เป็นครั้งแรก โครงสร้างของไฟเบอร์เลเซอร์ส่วนใหญ่ใช้การสูบน้ำแบบสองทิศทางแบบออปติคอล สร้างเรโซเนเตอร์ โดยการตรวจสอบประสิทธิภาพความลาดชันของไฟเบอร์เลเซอร์ถึง 58.3%
อย่างไรก็ตาม แม้ว่าการใช้แสงปั๊มไฟเบอร์และเทคโนโลยีการจับคู่เลเซอร์ในการพัฒนาไฟเบอร์เลเซอร์จะสามารถปรับปรุงพลังงานเอาต์พุตของไฟเบอร์เลเซอร์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ในขณะเดียวกันก็มีความซับซ้อนซึ่งไม่เอื้อต่อเลนส์ออปติกในการสร้างเส้นทางแสง เมื่อจำเป็นต้องเคลื่อนย้ายเลเซอร์ในกระบวนการสร้างเส้นทางแสง เส้นทางแสงก็จำเป็นต้องปรับใหม่ด้วย ซึ่งจำกัดการประยุกต์ใช้เลเซอร์ไฟเบอร์โครงสร้างปั๊มออปติกในวงกว้าง

2.โครงสร้างออสซิลเลเตอร์โดยตรงและโครงสร้าง MOPA

ด้วยการพัฒนาของเลเซอร์ไฟเบอร์ ตัวแยกพลังงานหุ้มได้เข้ามาแทนที่ส่วนประกอบของเลนส์ทีละน้อย ทำให้ขั้นตอนการพัฒนาของเลเซอร์ไฟเบอร์ง่ายขึ้น และเพิ่มประสิทธิภาพในการบำรุงรักษาของเลเซอร์ไฟเบอร์โดยอ้อม แนวโน้มการพัฒนานี้เป็นสัญลักษณ์ของการใช้งานจริงของเลเซอร์ไฟเบอร์อย่างค่อยเป็นค่อยไป โครงสร้างออสซิลเลเตอร์โดยตรงและโครงสร้าง MOPA เป็นโครงสร้างสองโครงสร้างที่พบมากที่สุดของเลเซอร์ไฟเบอร์ในตลาด โครงสร้างออสซิลเลเตอร์โดยตรงคือกริดจะเลือกความยาวคลื่นในกระบวนการออสซิลเลชั่น จากนั้นจึงส่งออกความยาวคลื่นที่เลือก ในขณะที่ MOPA ใช้ความยาวคลื่นที่เลือกโดยกริดเป็นแสงเมล็ด และแสงเมล็ดจะถูกขยายภายใต้การกระทำของแอมพลิฟายเออร์ระดับแรก ดังนั้น กำลังส่งออกของเลเซอร์ไฟเบอร์จะได้รับการปรับปรุงในระดับหนึ่งเช่นกัน เป็นเวลานานแล้วที่เลเซอร์ไฟเบอร์ที่มีโครงสร้าง MPOA ถูกใช้เป็นโครงสร้างที่ต้องการสำหรับเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูง อย่างไรก็ตาม จากการศึกษาวิจัยที่ตามมาพบว่าเอาต์พุตกำลังสูงในโครงสร้างนี้ส่งผลให้เกิดความไม่เสถียรของการกระจายเชิงพื้นที่ภายในไฟเบอร์เลเซอร์ได้ง่าย และความสว่างของเลเซอร์เอาต์พุตจะได้รับผลกระทบในระดับหนึ่ง ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อเอฟเฟกต์เอาต์พุตกำลังสูงด้วยเช่นกัน

ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีการสูบน้ำ

ความยาวคลื่นการสูบของเลเซอร์ไฟเบอร์ที่โด๊ปอิตเทอร์เบียมในช่วงแรกมักจะอยู่ที่ 915 นาโนเมตรหรือ 975 นาโนเมตร แต่ความยาวคลื่นการสูบทั้งสองนี้เป็นจุดสูงสุดของการดูดกลืนของไอออนอิตเทอร์เบียม จึงเรียกว่าการสูบโดยตรง การสูบโดยตรงยังไม่ได้รับการใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากการสูญเสียควอนตัม เทคโนโลยีการสูบในแบนด์เป็นส่วนขยายของเทคโนโลยีการสูบโดยตรง ซึ่งความยาวคลื่นระหว่างความยาวคลื่นการสูบและความยาวคลื่นการส่งนั้นใกล้เคียงกัน และอัตราการสูญเสียควอนตัมของการสูบในแบนด์นั้นน้อยกว่าการสูบโดยตรง

ไฟเบอร์เลเซอร์กำลังสูงคอขวดการพัฒนาเทคโนโลยี

แม้ว่าเลเซอร์ไฟเบอร์จะมีคุณค่าสูงในการใช้งานด้านการทหาร การแพทย์ และอุตสาหกรรมอื่นๆ แต่จีนได้ส่งเสริมการใช้งานเลเซอร์ไฟเบอร์อย่างกว้างขวางผ่านการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีเกือบ 30 ปี แต่หากคุณต้องการให้เลเซอร์ไฟเบอร์สามารถส่งออกพลังงานได้สูงขึ้น เทคโนโลยีที่มีอยู่ในปัจจุบันยังมีข้อจำกัดอยู่มาก ตัวอย่างเช่น กำลังส่งออกของเลเซอร์ไฟเบอร์สามารถเข้าถึงโหมดเดี่ยวไฟเบอร์ 36.6 กิโลวัตต์ได้หรือไม่ อิทธิพลของกำลังสูบน้ำต่อกำลังส่งออกของเลเซอร์ไฟเบอร์ อิทธิพลของผลของเลนส์เทอร์มอลต่อกำลังส่งออกของเลเซอร์ไฟเบอร์

นอกจากนี้ การวิจัยเทคโนโลยีเอาต์พุตกำลังสูงของไฟเบอร์เลเซอร์ควรพิจารณาความเสถียรของโหมดตามขวางและเอฟเฟกต์โฟตอนมืดลงด้วย จากการตรวจสอบ ชัดเจนว่าปัจจัยอิทธิพลของความไม่เสถียรของโหมดตามขวางคือความร้อนของไฟเบอร์ และเอฟเฟกต์โฟตอนมืดลงส่วนใหญ่หมายถึงเมื่อไฟเบอร์เลเซอร์ส่งออกพลังงานหลายร้อยวัตต์หรือหลายกิโลวัตต์อย่างต่อเนื่อง พลังงานเอาต์พุตจะแสดงแนวโน้มลดลงอย่างรวดเร็ว และมีข้อจำกัดในระดับหนึ่งสำหรับเอาต์พุตกำลังสูงอย่างต่อเนื่องของไฟเบอร์เลเซอร์

แม้ว่าสาเหตุเฉพาะของเอฟเฟกต์โฟตอนมืดจะยังไม่ชัดเจนในปัจจุบัน แต่คนส่วนใหญ่เชื่อว่าจุดศูนย์กลางของออกซิเจนที่มีข้อบกพร่องและการดูดซับการถ่ายโอนประจุสามารถนำไปสู่การเกิดเอฟเฟกต์โฟตอนมืดได้ จากปัจจัยทั้งสองนี้ มีการเสนอวิธีต่อไปนี้เพื่อยับยั้งเอฟเฟกต์โฟตอนมืด เช่น อะลูมิเนียม ฟอสฟอรัส เป็นต้น เพื่อหลีกเลี่ยงการดูดซับการถ่ายโอนประจุ จากนั้นจึงทดสอบและใช้งานไฟเบอร์แอคทีฟที่ปรับให้เหมาะสม มาตรฐานเฉพาะคือรักษาเอาต์พุตพลังงาน 3 กิโลวัตต์เป็นเวลาหลายชั่วโมงและรักษาเอาต์พุตพลังงาน 1 กิโลวัตต์ให้คงที่เป็นเวลา 100 ชั่วโมง