ليزر نبضي عالي الطاقةمع هيكل MOPA من الألياف الكاملة
تشمل الأنواع الهيكلية الرئيسية لليزرات الألياف هياكل الرنان المفرد، وهياكل الحزم المركبة، وهياكل مضخم القدرة المتذبذب الرئيسي (MOPA). من بينها، أصبح هيكل MOPA من أبرز مجالات البحث حاليًا نظرًا لقدرته على تحقيق أداء عالٍ.ليزر نبضيمخرجات ذات عرض نبضة قابل للتعديل وتردد التكرار (يشار إليها بعرض النبضة وتردد التكرار).
مبدأ عمل ليزر MOPA هو كما يلي: المذبذب الرئيسي (MO) هو مصدر بذرة عالي الأداءليزر أشباه الموصلاتيُولّد ضوء إشارة البذرة بمعلمات قابلة للتعديل من خلال التعديل النبضي المباشر. يُخرِج عنصر التحكم الرئيسي في مصفوفة البوابات القابلة للبرمجة ميدانيًا (FPGA) إشارات تيار نبضية بمعلمات قابلة للتعديل، والتي تتحكم بها دائرة التشغيل لتشغيل مصدر البذرة وإكمال التعديل الأولي لضوء البذرة. بعد تلقي تعليمات التحكم من لوحة التحكم الرئيسية في FPGA، تُشغّل دائرة تشغيل مصدر المضخة مصدر المضخة لتوليد ضوء المضخة. بعد اقتران ضوء البذرة وضوء المضخة بواسطة مُقسّم الشعاع، يُحقن كلٌّ منهما على التوالي في الألياف الضوئية مزدوجة الغلاف المُشَوَّبة بـ Yb3+ (YDDCF) في وحدة التضخيم الضوئي ثنائية المرحلتين. خلال هذه العملية، تمتص أيونات Yb3+ طاقة ضوء المضخة لتكوين توزيع عكسي سكاني. بعد ذلك، واستنادًا إلى مبادئ تضخيم الموجة المتنقلة والانبعاث المُحفَّز، يُحقِّق ضوء إشارة البذرة كسبًا عاليًا للطاقة في وحدة التضخيم الضوئي ثنائية المرحلتين، مما يُخرِج في النهاية طاقة عالية.ليزر نبضي نانوثانيةبسبب زيادة قدرة الذروة، قد تتعرض إشارة النبضة المُضخَّمة لضغط عرض النبضة نتيجةً لتأثير تثبيت الكسب. في التطبيقات العملية، غالبًا ما تُستخدم هياكل التضخيم متعددة المراحل لتعزيز قدرة الخرج وكفاءة الكسب.
يتكون نظام دائرة ليزر MOPA من لوحة تحكم رئيسية FPGA، ومصدر مضخة، ومصدر بذرة، ولوحة دائرة تشغيل، ومضخم، وغيرها. تُشغّل لوحة التحكم الرئيسية FPGA مصدر البذرة لإخراج نبضات ضوئية خام بمستوى MW بمعلمات قابلة للتعديل عن طريق توليد إشارات كهربائية نبضية بأشكال موجية قابلة للتعديل، وعرض نبضات (من 5 إلى 200 نانوثانية)، ومعدلات تكرار (من 30 إلى 900 كيلوهرتز). تُدخل هذه الإشارة عبر العازل إلى وحدة التضخيم البصري ثنائية المرحلة، المكونة من المضخم المسبق والمضخم الرئيسي، وتُخرج في النهاية ليزرًا قصير النبض عالي الطاقة عبر العازل البصري المزود بوظيفة التوازي. مصدر البذرة مُجهز بكاشف ضوئي داخلي لمراقبة طاقة الخرج في الوقت الفعلي وإعادتها إلى لوحة التحكم الرئيسية FPGA. تتحكم لوحة التحكم الرئيسية في دوائر تشغيل المضخة 1 و2 لتحقيق عمليات فتح وإغلاق مصادر المضخة 1 و2 و3. عندما...كاشف ضوئيفي حالة الفشل في اكتشاف خرج ضوء الإشارة، ستقوم لوحة التحكم الرئيسية بإيقاف تشغيل مصدر المضخة لمنع تلف YDDCF والأجهزة البصرية بسبب نقص مدخل ضوء البذرة
يعتمد نظام مسار الليزر الضوئي MOPA على بنية ألياف كاملة، ويتكون من وحدة تذبذب رئيسية ووحدة تضخيم ثنائية المرحلتين. تعتمد وحدة التذبذب الرئيسية على ثنائي ليزر شبه موصل (LD) بطول موجي مركزي 1064 نانومتر، وعرض خط 3 نانومتر، وطاقة خرج مستمرة قصوى تبلغ 400 ميلي واط كمصدر أساسي، ثم تُدمج مع شبكة براغ الليفية (FBG) ذات انعكاسية 99% عند 1063.94 نانومتر وعرض خط 3.5 نانومتر لتشكيل نظام اختيار الطول الموجي. تعتمد وحدة التضخيم ثنائية المرحلتين على تصميم مضخة عكسية، وYDDCF بأقطار قلب 8 و30 ميكرومتر على التوالي، مُهيأة كوسيط كسب. معاملا امتصاص مضخة الطلاء هما 1.0 و2.1 ديسيبل/متر عند 915 نانومتر، على التوالي.
وقت النشر: ١٧ سبتمبر ٢٠٢٥