مكونات نظام ليزر الألياف عالي الطاقة

مكونات نظام ليزر الألياف عالي الطاقة
1- تكوين النظام
يتكون ليزر الألياف عالي الطاقة من أربعة أجزاء: مصدر الضخ، ومجمع الضخ، وألياف التضخيم، ورأس إخراج الليزر.
1.1 مصدر الضخ: تتراوح قدرة خرج رقاقة الليزر الواحدة بين 10 و50 واط، ويتم دمج وتغليف ما بين 6 و50 رقاقة حسب الطلب. في حال وجود عدد كبير من الرقائق، يتم دمج حزم الأشعة المكانية وحزم الأشعة المستقطبة لزيادة القدرة. تتراوح قدرة مصدر الضخ الواحد بين عشرات ومئات الواط، ولتحقيق خرج يصل إلى مستوى الكيلوواط، يلزم توصيل أكثر من 10 مصادر ضخ على التوالي (مثل ليزر رويكي الذي يستخدم مزيجًا من 11 مصدر ضخ).
1.2 وحدة تجميع المضخات: يتم إنتاجها من خلال تقنية وصل الألياف بالانصهار، حيث يتم ربط وحدات المضخات المتعددة بصريًا في نفس الألياف.
1.3 ألياف الكسب: بطول يتجاوز في كثير من الأحيان 30 مترًا، يتم لفها وتثبيتها على لوحة تبديد الحرارة، وغالبًا ما تستخدم بنية غلاف مزدوج مطعّم بالإيتربيوم: قطر اللب 10-20 ميكرومتر، دليل موجي أحادي النمط/قليل الأنماط، مطعّم بأيونات الإيتربيوم؛ يصل قطر الغلاف الداخلي إلى 400 ميكرومتر ويستخدم لنقل ضوء الضخ متعدد الأنماط.
1.4 رأس إخراج الليزر: مسؤول عن إخراج الليزر النهائي ويمكن توصيله بمعدات المعالجة من خلال واجهة قياسية.
2- مبدأ العمل الأساسي
2.1 رنان التضخيم البصري: يتكون من زوج من محززات براغ الليفية (FBGs): محزز عالي الانعكاس (انعكاسية > 99%) يعكس الضوء ذو الطول الموجي المستهدف (مثل 1080 نانومتر) إلى ألياف التضخيم؛ محزز مقترن بالإخراج (انعكاسية 10% ~ 50%) يعكس جزئيًا للحفاظ على التذبذب، وينقل جزئيًا لتشكيل الإخراج. يُثير ضوء الضخ أيونات الإيتربيوم لإنتاج انبعاث تلقائي، وتُضخّم الفوتونات التي تستوفي متطلبات الطول الموجي بشكل متكرر بين المحززات، مما يُشكّل في النهاية إخراج ليزر مستقر.
2.2 يضمن اختيار النمط جودة الشعاع: من جهة، بالاعتماد على محدودية الموجه الدليلية لطبقة اللب ذات القطر الصغير، يُسمح فقط بنقل النمط الأساسي ذي الفقد المنخفض؛ ومن جهة أخرى، من خلال الاستفادة من التداخل العالي بين النمط الأساسي ووسط التضخيم (أيونات الإيتربيوم)، بالإضافة إلى خصائص الفقد العالي للأنماط ذات الرتب الأعلى، إلى جانب تصميم انحناء الألياف لترشيح الأنماط ذات الرتب الأعلى بشكل أكبر، يتم في النهاية تحقيق خرج نمط أساسي عالي الجودة بقيمة M² تقترب من 1