ليزر نبضي عالي الطاقة ذو بنية MOPA كاملة الألياف

ليزر نبضي عالي الطاقةبهيكل MOPA مصنوع بالكامل من الألياف

تشمل الأنواع الهيكلية الرئيسية لليزر الألياف الرنان الأحادي، وتركيب الحزم، وهياكل مضخم الطاقة المتذبذب الرئيسي (MOPA). ومن بينها، أصبح هيكل MOPA أحد أبرز مجالات البحث الحالية نظرًا لقدرته على تحقيق أداء عالٍ.ليزر نابضمخرج مع عرض نبضة قابل للتعديل وتردد تكرار (يشار إليه باسم عرض النبضة وتردد التكرار).

مبدأ عمل ليزر MOPA هو كالتالي: المذبذب الرئيسي (MO) هو مصدر بذرة عالي الأداءليزر أشباه الموصلاتيُولّد هذا النظام ضوء إشارة أولية بمعايير قابلة للتعديل عبر تعديل النبضات المباشر. تُخرج وحدة التحكم الرئيسية في مصفوفة البوابات المنطقية القابلة للبرمجة (FPGA) إشارات تيار نبضي بمعايير قابلة للتعديل، والتي تتحكم بها دائرة القيادة لتشغيل مصدر الإشارة الأولية وإتمام التعديل الأولي لضوء الإشارة الأولية. بعد تلقي تعليمات التحكم من لوحة التحكم الرئيسية في FPGA، تبدأ دائرة قيادة مصدر الضخ بتشغيل مصدر الضخ لتوليد ضوء الضخ. بعد اقتران ضوء الإشارة الأولية وضوء الضخ بواسطة مُقسّم الشعاع، يتم حقنهما على التوالي في الألياف البصرية ثنائية الغلاف المُطعّمة بأيونات Yb3+ (YDDCF) في وحدة التضخيم البصري ثنائية المراحل. خلال هذه العملية، تمتص أيونات Yb3+ طاقة ضوء الضخ لتشكيل توزيع انعكاسي للسكان. لاحقًا، واستنادًا إلى مبادئ تضخيم الموجة المتنقلة والانبعاث المُحفّز، يحقق ضوء الإشارة الأولية كسبًا عاليًا للطاقة في وحدة التضخيم البصري ثنائية المراحل، مما يؤدي في النهاية إلى إخراج طاقة عاليةليزر نبضي نانوي ثانيةنتيجةً لزيادة القدرة القصوى، قد تتعرض إشارة النبضة المُضخّمة لانضغاط عرض النبضة بسبب تأثير تثبيت الكسب. في التطبيقات العملية، تُستخدم عادةً هياكل تضخيم متعددة المراحل لزيادة قدرة الخرج وكفاءة الكسب.

يتكون نظام دائرة ليزر MOPA من لوحة تحكم رئيسية FPGA، ومصدر ضخ، ومصدر بذر، ولوحة دائرة تشغيل، ومضخم، وغيرها. تقوم لوحة التحكم الرئيسية FPGA بتشغيل مصدر البذر لإخراج نبضات ضوئية خام بمستوى ميغاواط مع معلمات قابلة للتعديل، وذلك عن طريق توليد إشارات كهربائية نبضية بأشكال موجية وعرض نبضات قابل للتعديل (من 5 إلى 200 نانوثانية) ومعدلات تكرار (من 30 إلى 900 كيلوهرتز). تُدخل هذه الإشارة عبر العازل إلى وحدة التضخيم البصري ثنائية المراحل، والتي تتكون من مضخم أولي ومضخم رئيسي، ثم تُخرج في النهاية ليزرًا عالي الطاقة بنبضات قصيرة عبر العازل البصري المزود بوظيفة التجميع. يُجهز مصدر البذر 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 الضخ 1 و2 و3.كاشف ضوئيفي حال فشل اكتشاف إشارة خرج الضوء، ستقوم لوحة التحكم الرئيسية بإيقاف تشغيل مصدر المضخة لمنع تلف جهاز YDDCF والأجهزة البصرية نتيجةً لنقص مدخلات ضوء البذرة.

يعتمد نظام المسار البصري لليزر MOPA على بنية ألياف ضوئية بالكامل، ويتألف من وحدة تذبذب رئيسية ووحدة تضخيم ثنائية المراحل. تستخدم وحدة التذبذب الرئيسية ليزرًا ثنائيًا شبه موصل (LD) بطول موجي مركزي 1064 نانومتر، وعرض خط طيفي 3 نانومتر، وقدرة خرج مستمرة قصوى 400 ميلي واط كمصدر بذرة، وتجمعه مع محزز براغ ليفي (FBG) بانعكاسية 99% عند 1063.94 نانومتر وعرض خط طيفي 3.5 نانومتر لتشكيل نظام انتقاء الطول الموجي. تعتمد وحدة التضخيم ثنائية المراحل تصميم ضخ عكسي، وتُستخدم ألياف YDDCF بأقطار لبية 8 و30 ميكرومتر على التوالي كوسط تضخيم. معاملات امتصاص ضخ الطلاء المقابلة هي 1.0 و2.1 ديسيبل/متر عند 915 نانومتر، على التوالي.