تقديم ليزرات الألياف النبضية

يقدمليزرات نبضية ليفية

الليزر النبضي الليفي هوأجهزة الليزرتستخدم هذه التقنية أليافًا مشبعة بأيونات العناصر الأرضية النادرة (مثل الإيتربيوم والإربيوم والثوليوم وغيرها) كوسيط تضخيم. تتكون من وسيط تضخيم، وتجويف رنين بصري، ومصدر ضخ. تشمل تقنية توليد النبضات فيها بشكل أساسي تقنية التبديل Q (على مستوى النانوثانية)، وتقنية القفل النشط للنمط (على مستوى البيكوثانية)، وتقنية القفل السلبي للنمط (على مستوى الفيمتوثانية)، وتقنية تضخيم قدرة التذبذب الرئيسي (MOPA).

تشمل التطبيقات الصناعية قطع المعادن، واللحام، والتنظيف بالليزر، وقطع بطاريات الليثيوم في مجال الطاقة الجديدة، حيث تصل قدرة الخرج متعددة الأوضاع إلى مستوى عشرة آلاف واط. وفي مجال تقنية الليدار، تُستخدم أشعة الليزر النبضية بطول موجة 1550 نانومتر، لما تتميز به من طاقة نبضية عالية وخصائص آمنة للعين، في أنظمة تحديد المدى وأنظمة الرادار المثبتة على المركبات.

تشمل أنواع المنتجات الرئيسية النوع Q-switched والنوع MOPA والألياف عالية الطاقةالليزر النبضي. فئة:

1. ليزر الألياف ذو التبديل Q: يعتمد مبدأ التبديل Q على إضافة جهاز قابل لضبط الفقد داخل الليزر. في معظم الأوقات، يعاني الليزر من فقد كبير ويكاد ينعدم خرج الضوء. خلال فترة زمنية قصيرة للغاية، يُمكّن تقليل فقد الجهاز الليزر من إخراج نبضة قصيرة شديدة الكثافة. يمكن تحقيق ليزرات الألياف ذات التبديل Q إما بشكل فعال أو سلبي. تتضمن التقنية الفعالة عادةً إضافة مُعدِّل شدة داخل التجويف للتحكم في فقد الليزر. تستخدم التقنيات السلبية مواد امتصاص مشبعة أو تأثيرات غير خطية أخرى مثل تشتت رامان المحفز وتشتت بريلوين المحفز لتشكيل آليات تعديل Q. عادةً ما تكون النبضات التي تُنتجها طرق التبديل Q في مستوى النانوثانية. إذا لزم توليد نبضات أقصر، فيمكن تحقيق ذلك من خلال طريقة قفل الأنماط.

2. ليزر الألياف ذو النمط المقفل: يُمكنه توليد نبضات فائقة القصر باستخدام طريقتي قفل النمط النشط أو السلبي. ونظرًا لزمن استجابة المُعدِّل، فإن عرض النبضة المُولَّدة بواسطة قفل النمط النشط يكون عادةً في مستوى البيكوثانية. أما قفل النمط السلبي فيستخدم أجهزة قفل النمط السلبي، والتي تتميز بزمن استجابة قصير جدًا، ما يُتيح توليد نبضات في نطاق الفيمتوثانية.

فيما يلي مقدمة موجزة لمبدأ قفل القالب.

يوجد عدد لا يُحصى من الأنماط الطولية في تجويف الرنين الليزري. بالنسبة للتجويف الحلقي، تساوي الفترة الترددية للأنماط الطولية Δν/CCL، حيث C سرعة الضوء وCL طول المسار البصري لضوء الإشارة الذي يقطع دورة كاملة داخل التجويف. عمومًا، يكون عرض نطاق كسب ليزرات الألياف كبيرًا نسبيًا، ويعمل عدد كبير من الأنماط الطولية في آنٍ واحد. يعتمد العدد الإجمالي للأنماط التي يمكن لليزر استيعابها على الفترة الترددية للأنماط الطولية Δν وعرض نطاق كسب الوسط المكسب. كلما صغرت الفترة الترددية للأنماط الطولية، زاد عرض نطاق كسب الوسط، وبالتالي زاد عدد الأنماط الطولية التي يمكن دعمها. والعكس صحيح.

3. ليزر شبه مستمر (ليزر QCW): هو نمط تشغيل خاص يقع بين ليزر الموجة المستمرة (CW) والليزر النبضي. يحقق هذا النمط قدرة خرج عالية فورية من خلال نبضات دورية طويلة (دورة التشغيل عادةً ≤1%) مع الحفاظ على قدرة متوسطة منخفضة نسبيًا. يجمع بين استقرار الليزر المستمر وميزة القدرة القصوى لليزر النبضي.

المبدأ التقني: تقوم ليزرات QCW بتحميل وحدات التعديل بشكل مستمرليزردائرة كهربائية لتقطيع أشعة الليزر المستمرة إلى نبضات ذات دورة تشغيل عالية، مما يتيح التبديل المرن بين وضعَي التشغيل المستمر والنبضي. وتتمثل ميزتها الأساسية في آلية "النبضات القصيرة والتبريد طويل الأمد". يقلل التبريد في فجوة النبض من تراكم الحرارة ويخفض من خطر التشوه الحراري للمواد.

المزايا والخصائص: التكامل ثنائي الوضع: يجمع بين ذروة الطاقة في وضع النبض (تصل إلى 10 أضعاف متوسط ​​الطاقة في الوضع المستمر) مع الكفاءة العالية والاستقرار في الوضع المستمر.

استهلاك منخفض للطاقة: كفاءة عالية في تحويل الطاقة الكهروضوئية وتكلفة استخدام منخفضة على المدى الطويل.

جودة الشعاع: تدعم جودة الشعاع العالية لأشعة الليزر الليفية عمليات التصنيع الدقيقة.