高出力ファイバーレーザーの技術進化

高出力ファイバーレーザーの技術進化

の最適化ファイバーレーザー構造

1、宇宙光ポンプ構造

初期のファイバーレーザーは主に光ポンプ出力を使用していましたが、レーザファイバーレーザーの出力は低いため、短期間で急速に出力を向上させるには大きな困難があります。 1999年、ファイバーレーザーの研究開発分野の出力は初めて10,000ワットを突破しました。ファイバーレーザーの構造は主に光双方向ポンピングを使用し、共振器を形成し、ファイバーのスロープ効率を調査しました。レーザーは58.3%に達しました。
しかし、ファイバーレーザーの開発にファイバーポンプ光とレーザーカップリング技術を使用すると、ファイバーレーザーの出力パワーを効果的に向上させることができますが、同時に複雑さがあり、光学レンズが光路を構築するのに役立ちません。光路を構築するプロセスでレーザーを移動する必要があると、光路も再調整する必要があり、光ポンプ構造ファイバーレーザーの幅広い用途が制限されます。

2、ダイレクトオシレーター構造とMOPA構造

ファイバーレーザーの開発に伴い、クラッドパワーストリッパーがレンズコンポーネントを徐々に置き換え、ファイバーレーザーの開発ステップを簡素化し、間接的にファイバーレーザーのメンテナンス効率を向上させました。この開発傾向は、ファイバーレーザーが徐々に実用化されていることを象徴しています。直接発振器構造と MOPA 構造は、市場で最も一般的なファイバー レーザーの 2 つの構造です。直接発振器の構造は、グレーティングが発振の過程で波長を選択し、選択した波長を出力する構造ですが、MOPAはグレーティングで選択した波長をシード光として使用し、シード光が最初の発振器の作用で増幅されます。レベルアンプを搭載しているため、ファイバーレーザーの出力もある程度向上します。長い間、MPOA 構造を備えたファイバー レーザーは、高出力ファイバー レーザーの好ましい構造として使用されてきました。しかし、その後の研究により、この構造での高出力はファイバーレーザー内部の空間分布の不安定性につながりやすく、出力レーザーの輝度にもある程度の影響があり、それが直接的な影響を与えることが判明しました。高出力効果について。

ポンプ技術の発展により

初期のイッテルビウムドープファイバーレーザーの励起波長は通常915nmまたは975nmですが、これら2つの励起波長はイッテルビウムイオンの吸収ピークであるため直接励起と呼ばれますが、直接励起は量子損失のため広く使用されていません。インバンドポンピング技術は直接ポンピング技術の拡張であり、ポンピング波長と送信波長の間の波長が類似しており、インバンドポンピングの量子損失率は直接ポンピングの量子損失率よりも小さくなります。

高出力ファイバーレーザー技術開発のボトルネック

ファイバーレーザーは軍事、医療、その他の産業で高い応用価値を持っていますが、中国は30年近くの技術研究開発を通じてファイバーレーザーの幅広い応用を推進してきましたが、ファイバーレーザーをより高出力にしたい場合、まだ多くの技術が存在します。既存のテクノロジーには多くのボトルネックがあります。たとえば、ファイバー レーザーの出力が単一ファイバー シングルモード 36.6KW に達するかどうか。ファイバーレーザー出力パワーに対するポンピングパワーの影響。ファイバーレーザーの出力に対する熱レンズ効果の影響。

さらに、ファイバーレーザーの高出力技術の研究では、横モードの安定性とフォトンダークニング効果も考慮する必要があります。調査を通じて、横モードの不安定性の影響要因はファイバーの加熱であることは明らかであり、フォトンの暗化効果とは主にファイバー レーザーが数百ワットまたは数キロワットの出力を連続的に出力するときに出力パワーが低下することを指します。ファイバーレーザーの継続的な高出力にはある程度の制限があります。

フォトンダークニング効果の具体的な原因は現時点では明確に定義されていませんが、酸素欠陥中心と電荷移動吸収がフォトンダークニング効果の発生につながる可能性があると多くの人が考えています。これら 2 つの要因について、フォトンダークニング効果を抑制するために次の方法が提案されています。電荷移動の吸収を避けるためにアルミニウム、リンなどを使用し、最適化されたアクティブファイバーをテストして適用します。具体的な基準は、3KWの電力出力を数時間維持し、1KWの電力の安定した出力を100時間維持することです。