التطور التقني لليزر الألياف عالي الطاقة

التطور التقني لليزر الألياف عالي الطاقة

الأمثلليزر الأليافبناء

1، هيكل مضخة ضوء الفضاء

كانت ليزرات الألياف المبكرة تستخدم في الغالب مخرجات المضخة الضوئية،الليزرالإخراج، طاقة الإخراج منخفضة، من أجل تحسين طاقة إخراج ألياف الليزر بسرعة في فترة قصيرة من الزمن هناك صعوبة أكبر. في عام 1999، تجاوزت الطاقة الناتجة لمجال بحث وتطوير ألياف الليزر 10000 واط لأول مرة، وكان هيكل ليزر الألياف يعتمد بشكل أساسي على استخدام الضخ البصري ثنائي الاتجاه، وتشكيل مرنان، مع التحقيق في كفاءة منحدر الألياف وصلت نسبة الليزر إلى 58.3%.
ومع ذلك، على الرغم من أن استخدام ضوء مضخة الألياف وتكنولوجيا اقتران الليزر لتطوير ليزر الألياف يمكن أن يحسن بشكل فعال طاقة خرج ليزر الألياف، ولكن في الوقت نفسه هناك تعقيد، وهو ما لا يفضي إلى العدسة البصرية لبناء المسار البصري، بمجرد الحاجة إلى نقل الليزر في عملية بناء المسار البصري، يحتاج المسار البصري أيضًا إلى إعادة ضبطه، مما يحد من التطبيق الواسع لأشعة الليزر الليفية ذات هيكل المضخة الضوئية.

2، هيكل المذبذب المباشر وهيكل MOPA

مع تطور ليزر الألياف، حلت أدوات إزالة طاقة الكسوة محل مكونات العدسة تدريجيًا، مما أدى إلى تبسيط خطوات تطوير ليزر الألياف وتحسين كفاءة صيانة ليزر الألياف بشكل غير مباشر. يرمز اتجاه التطوير هذا إلى التطبيق العملي التدريجي لليزر الألياف. هيكل المذبذب المباشر وهيكل MOPA هما الهيكلان الأكثر شيوعًا لليزر الألياف في السوق. هيكل المذبذب المباشر هو أن الشبكة تختار الطول الموجي في عملية التذبذب، ثم تخرج الطول الموجي المحدد، بينما تستخدم MOPA الطول الموجي المحدد بواسطة الشبكة كضوء البذرة، ويتم تضخيم ضوء البذرة تحت تأثير الأول -مضخم المستوى، لذلك سيتم أيضًا تحسين طاقة خرج ليزر الألياف إلى حد معين. لفترة طويلة من الزمن، تم استخدام ألياف الليزر ذات بنية MPOA باعتبارها البنية المفضلة لليزر الألياف عالي الطاقة. ومع ذلك، فقد وجدت الدراسات اللاحقة أن خرج الطاقة العالية في هذا الهيكل من السهل أن يؤدي إلى عدم استقرار التوزيع المكاني داخل ألياف الليزر، وسوف يتأثر سطوع الليزر الناتج إلى حد ما، وهو ما له أيضًا تأثير مباشر على تأثير انتاج الطاقة العالية.

مع تطور تكنولوجيا الضخ

عادة ما يكون الطول الموجي للضخ لليزر الليفي المغطى بالإيتربيوم 915 نانومتر أو 975 نانومتر، لكن هذين الطولين الموجيين للضخ هما قمم امتصاص أيونات الإيتربيوم، لذلك يطلق عليه الضخ المباشر، ولم يتم استخدام الضخ المباشر على نطاق واسع بسبب فقدان الكم. تعد تقنية الضخ داخل النطاق امتدادًا لتقنية الضخ المباشر، حيث يكون الطول الموجي بين طول موجة الضخ وطول موجة الإرسال مشابهًا، ويكون معدل فقدان الكم للضخ داخل النطاق أصغر من معدل الضخ المباشر.

ليزر ألياف عالي الطاقةعنق الزجاجة في تطوير التكنولوجيا

على الرغم من أن ليزر الألياف له قيمة تطبيقية عالية في الصناعات العسكرية والطبية وغيرها، فقد عززت الصين التطبيق الواسع لليزر الألياف من خلال ما يقرب من 30 عامًا من البحث والتطوير التكنولوجي، ولكن إذا كنت ترغب في جعل ليزر الألياف يمكنه إنتاج طاقة أعلى، فلا يزال هناك العديد من الاختناقات في التكنولوجيا الحالية. على سبيل المثال، ما إذا كانت طاقة خرج ليزر الألياف يمكن أن تصل إلى وضع أحادي الألياف 36.6KW؛ تأثير قوة الضخ على طاقة خرج ألياف الليزر؛ تأثير تأثير العدسة الحرارية على الطاقة الناتجة من ألياف الليزر.

بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تأخذ الأبحاث المتعلقة بتكنولوجيا إنتاج الطاقة العالية للليزر الليفي في الاعتبار أيضًا استقرار الوضع العرضي وتأثير تعتيم الفوتون. من خلال التحقيق، من الواضح أن عامل التأثير لعدم استقرار الوضع العرضي هو تسخين الألياف، ويشير تأثير تعتيم الفوتون بشكل أساسي إلى أنه عندما يقوم ليزر الألياف بإخراج مئات واط أو عدة كيلووات من الطاقة بشكل مستمر، فإن طاقة الخرج ستظهر اتجاه الانخفاض السريع، وهناك درجة معينة من القيود على إخراج الطاقة العالية المستمرة لليزر الألياف.

على الرغم من أن الأسباب المحددة لتأثير سواد الفوتون لم يتم تحديدها بوضوح في الوقت الحاضر، إلا أن معظم الناس يعتقدون أن مركز خلل الأكسجين وامتصاص نقل الشحنة يمكن أن يؤدي إلى حدوث تأثير سواد الفوتون. بناءً على هذين العاملين، تم اقتراح الطرق التالية لمنع تأثير سواد الفوتون. مثل الألومنيوم والفوسفور وما إلى ذلك، وذلك لتجنب امتصاص نقل الشحنة، ومن ثم يتم اختبار الألياف النشطة المحسنة وتطبيقها، والمعيار المحدد هو الحفاظ على خرج طاقة 3 كيلو وات لعدة ساعات والحفاظ على خرج طاقة ثابت 1 كيلو وات لمدة 100 ساعة.