التطور التقني لليزر الألياف عالية الطاقة

التطور التقني لليزر الألياف عالية الطاقة

تحسينليزر الأليافبناء

1، هيكل مضخة الضوء الفضائي

استخدمت ليزرات الألياف المبكرة في الغالب مخرجات المضخة البصرية،الليزرنظرًا لانخفاض طاقة الخرج، فإن تحسين طاقة الخرج لليزر الليفي بسرعة في فترة زمنية قصيرة يمثل صعوبة أكبر. في عام 1999، تجاوزت طاقة الخرج في مجال البحث والتطوير لليزر الليفي 10000 واط لأول مرة، ويعتمد هيكل الليزر الليفي بشكل أساسي على الضخ البصري ثنائي الاتجاه، وتشكيل مرنان، مع تحقيق كفاءة ميل ليزر الألياف التي وصلت إلى 58.3٪.
ومع ذلك، على الرغم من أن استخدام ضوء مضخة الألياف وتكنولوجيا اقتران الليزر لتطوير ليزر الألياف يمكن أن يحسن بشكل فعال قوة خرج ليزر الألياف، ولكن في الوقت نفسه هناك تعقيد، وهو ما لا يفضي إلى عدسة بصرية لبناء المسار البصري، بمجرد أن يحتاج الليزر إلى التحرك في عملية بناء المسار البصري، فإن المسار البصري يحتاج أيضًا إلى إعادة ضبط، مما يحد من التطبيق الواسع لألياف ليزر هيكل المضخة البصرية.

2، بنية المذبذب المباشر وبنية MOPA

مع تطور ليزرات الألياف، حلت أجهزة تجريد الطاقة الكسوية محل مكونات العدسات تدريجيًا، مما سهّل خطوات تطويرها وحسّن بشكل غير مباشر كفاءة صيانتها. يرمز هذا التوجه التنموي إلى التطبيق العملي التدريجي لليزرات الألياف. يُعد هيكل المذبذب المباشر وهيكل MOPA من أكثر الهياكل شيوعًا لليزرات الألياف في السوق. يتمثل هيكل المذبذب المباشر في أن الشبكة تختار الطول الموجي أثناء التذبذب، ثم تُخرج الطول الموجي المحدد، بينما يستخدم MOPA الطول الموجي الذي تختاره الشبكة كضوء بذرة، ويتم تضخيم ضوء البذرة تحت تأثير مضخم المستوى الأول، وبالتالي سيتم أيضًا تحسين طاقة خرج ليزر الألياف إلى حد ما. لفترة طويلة، استُخدمت ليزرات الألياف ذات هيكل MPOA كهيكل مفضل لليزرات الألياف عالية الطاقة. ومع ذلك، وجدت الدراسات اللاحقة أن الناتج عالي الطاقة في هذا الهيكل من السهل أن يؤدي إلى عدم استقرار التوزيع المكاني داخل ليزر الألياف، وسوف يتأثر سطوع الليزر الناتج إلى حد ما، مما يؤثر أيضًا بشكل مباشر على تأثير الناتج عالي الطاقة.

مع تطور تكنولوجيا الضخ

يبلغ طول موجة الضخ لليزر الألياف المُشَبَّع بالإيتربيوم في مراحله المبكرة عادةً 915 أو 975 نانومتر، لكن هذين الطولين الموجيين للضخ يُمثلان ذروة امتصاص أيونات الإيتربيوم، ولذلك يُطلق عليه اسم الضخ المباشر. لم يُستخدم الضخ المباشر على نطاق واسع بسبب الفقد الكمي. تُعد تقنية الضخ داخل النطاق امتدادًا لتقنية الضخ المباشر، حيث يكون الطول الموجي بين طول موجة الضخ وطول موجة الإرسال متشابهًا، ويكون معدل الفقد الكمي للضخ داخل النطاق أقل من معدل الضخ المباشر.

ليزر الألياف عالي الطاقةعنق الزجاجة في تطوير التكنولوجيا

على الرغم من أن ليزر الألياف له تطبيقات واسعة في الصناعات العسكرية والطبية وغيرها، إلا أن الصين عززت تطبيقه على نطاق واسع عبر ما يقرب من 30 عامًا من البحث والتطوير التكنولوجي. ومع ذلك، إذا أردنا إنتاج ليزر ألياف ذي طاقة أعلى، فلا تزال هناك العديد من العوائق في التكنولوجيا الحالية. على سبيل المثال، هل يمكن أن تصل طاقة خرج ليزر الألياف إلى 36.6 كيلو واط في وضع أحادي الألياف؟ تأثير قوة الضخ على طاقة خرج ليزر الألياف؟ تأثير تأثير العدسة الحرارية على طاقة خرج ليزر الألياف.

بالإضافة إلى ذلك، ينبغي أن يُراعي بحث تقنية إنتاج الطاقة العالية لليزر الليفي استقرار الوضع العرضي وتأثير تعتيم الفوتون. يتضح من خلال البحث أن عامل تأثير عدم استقرار الوضع العرضي هو تسخين الألياف، ويعود تأثير تعتيم الفوتون بشكل رئيسي إلى أنه عندما يُنتج ليزر الألياف مئات أو عدة كيلووات من الطاقة باستمرار، فإن طاقة الخرج ستُظهر اتجاهًا سريعًا للانخفاض، وهناك حد معين من الخرج العالي المستمر لليزر الليفي.

على الرغم من عدم تحديد الأسباب الدقيقة لتأثير تعتيم الفوتون بشكل واضح حتى الآن، إلا أن معظم الناس يعتقدون أن عيب مركز الأكسجين وامتصاص نقل الشحنة قد يؤديان إلى حدوث تأثير تعتيم الفوتون. بناءً على هذين العاملين، تُقترح الطرق التالية لمنع تأثير تعتيم الفوتون، مثل الألومنيوم والفوسفور، لتجنب امتصاص نقل الشحنة. بعد ذلك، يتم اختبار الألياف النشطة المُحسّنة وتطبيقها، والمعيار المحدد هو الحفاظ على خرج طاقة 3 كيلوواط لعدة ساعات، والحفاظ على خرج طاقة ثابت 1 كيلوواط لمدة 100 ساعة.