Technische Entwicklung von Hochleistungsfaserlasern

Technische Entwicklung von Hochleistungsfaserlasern

Optimierung vonFaserlaserStruktur

1, Raumlichtpumpenstruktur

Frühe Faserlaser nutzten meist optische Pumpleistung,LaserDa die Ausgangsleistung niedrig ist, ist es sehr schwierig, die Ausgangsleistung von Faserlasern in kurzer Zeit zu steigern. Im Jahr 1999 überschritt die Ausgangsleistung im Forschungs- und Entwicklungsfeld von Faserlasern erstmals die 10.000-Watt-Marke. Die Struktur des Faserlasers basiert hauptsächlich auf der Verwendung von optischem Zweiwegepumpen, wodurch ein Resonator gebildet wird. Bei Untersuchungen erreichte der Wirkungsgrad des Faserlasers 58,3 %.
Obwohl die Verwendung von Faserpumplicht und Laserkopplungstechnologie zur Entwicklung von Faserlasern die Ausgangsleistung von Faserlasern effektiv verbessern kann, ist dies gleichzeitig mit einer Komplexität verbunden, die der optischen Linse zum Aufbau des optischen Pfads nicht förderlich ist. Wenn der Laser während des Aufbaus des optischen Pfads bewegt werden muss, muss der optische Pfad auch neu angepasst werden, was die breite Anwendung von Faserlasern mit optischer Pumpstruktur einschränkt.

2, Direktoszillatorstruktur und MOPA-Struktur

Mit der Entwicklung von Faserlasern wurden die Linsenkomponenten schrittweise durch Mantelstromabstreifer ersetzt, was die Entwicklungsschritte von Faserlasern vereinfacht und indirekt deren Wartungseffizienz verbessert. Dieser Entwicklungstrend symbolisiert die zunehmende Anwendbarkeit von Faserlasern. Die Direktoszillatorstruktur und die MOPA-Struktur sind die beiden gängigsten Faserlaserstrukturen auf dem Markt. Bei der Direktoszillatorstruktur wählt das Gitter während der Schwingung die Wellenlänge aus und gibt diese dann aus, während MOPA die vom Gitter ausgewählte Wellenlänge als Saatlicht verwendet und dieses Saatlicht durch den Verstärker der ersten Ebene verstärkt, wodurch auch die Ausgangsleistung des Faserlasers bis zu einem gewissen Grad verbessert wird. Faserlaser mit MPOA-Struktur werden seit langem als bevorzugte Struktur für Hochleistungsfaserlaser verwendet. Spätere Untersuchungen haben jedoch ergeben, dass die hohe Ausgangsleistung dieser Struktur leicht zu einer Instabilität der räumlichen Verteilung im Inneren des Faserlasers führen kann und die Helligkeit des Ausgangslasers bis zu einem gewissen Grad beeinträchtigt wird, was sich ebenfalls direkt auf den Effekt der hohen Ausgangsleistung auswirkt.

Mit der Entwicklung der Pumpentechnologie

Die Pumpwellenlänge früherer Ytterbium-dotierter Faserlaser liegt üblicherweise bei 915 nm oder 975 nm. Da diese beiden Pumpwellenlängen jedoch die Absorptionsmaxima von Ytterbiumionen darstellen, spricht man vom Direktpumpen. Aufgrund des Quantenverlusts wurde Direktpumpen bisher nicht häufig eingesetzt. Die In-Band-Pumptechnologie ist eine Weiterentwicklung der Direktpumpentechnologie. Dabei sind die Wellenlängen zwischen Pump- und Transmissionswellenlänge ähnlich, und die Quantenverlustrate beim In-Band-Pumpen ist geringer als beim Direktpumpen.

Hochleistungs-FaserlaserEngpass bei der Technologieentwicklung

Obwohl Faserlaser einen hohen Anwendungswert im Militär, der Medizin und anderen Branchen haben, hat China durch fast 30 Jahre Technologieforschung und -entwicklung die breite Anwendung von Faserlasern gefördert. Wenn man jedoch Faserlaser mit höherer Leistung herstellen möchte, gibt es in der bestehenden Technologie noch viele Engpässe. Beispielsweise kann die Ausgangsleistung eines Faserlasers eine Einzelfaser-Singlemode-Leistung von 36,6 kW erreichen; der Einfluss der Pumpleistung auf die Ausgangsleistung des Faserlasers; der Einfluss des thermischen Linseneffekts auf die Ausgangsleistung des Faserlasers.

Darüber hinaus sollte bei der Erforschung von Faserlasertechnologien mit höherer Ausgangsleistung auch die Stabilität des Transversalmodus und der Photonenverdunkelungseffekt berücksichtigt werden. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Erwärmung der Faser die Ursache für die Instabilität des Transversalmodus ist. Der Photonenverdunkelungseffekt führt hauptsächlich dazu, dass die Ausgangsleistung eines Faserlasers bei kontinuierlicher Leistungsabgabe von mehreren Hundert Watt oder mehreren Kilowatt rapide abnimmt und die kontinuierliche Hochleistung des Faserlasers dadurch eingeschränkt ist.

Obwohl die genauen Ursachen des Photonenverdunkelungseffekts noch nicht eindeutig geklärt sind, gehen die meisten davon aus, dass Sauerstoffdefektzentren und Ladungstransferabsorption zu diesem Effekt führen können. Um diesen beiden Faktoren entgegenzuwirken, werden folgende Maßnahmen vorgeschlagen: Verwendung von Aluminium, Phosphor usw. zur Vermeidung von Ladungstransferabsorption. Anschließend wird die optimierte aktive Faser getestet und eingesetzt. Der spezifische Standard besteht darin, eine Ausgangsleistung von 3 kW über mehrere Stunden und eine stabile Ausgangsleistung von 1 kW über 100 Stunden aufrechtzuerhalten.