Иттербий талшықты лазерлік: құрылғы, жұмыс принципі, электр, өндіру, пайдалану

Талшықты лазерлер жинақы және берік, дәл және индукцияланған жылу шашып оңай. Олар әртүрлі келеді және басқа да түрлерін, лазер істеу көп өз бірегей артықшылықтары бар отырып.

Талшықты лазерлер: операция

Осы түрдегі құрылғылары талшықты келісілген сәулелену қатты күйдегі көзінің стандартты вариация, орнына Rod жұмыс сұйықтық, пластина немесе диск болып табылады. талшықты орталық бөлігінде қоспалар арқылы жасалған жеңіл. негізгі құрылымы қарапайым мүлдем күрделі құрауы мүмкін. талшықты көлемі қатынасы үлкен беті бар, сондықтан жылу салыстырмалы оңай шашыраңқы болуы мүмкін, мұндай иттербий талшықты лазерлік аппарат.

сол көздері - талшықты лазер жиі диодных лазер көмегімен, бірақ кейбір жағдайларда бар, оптикалық толтырмасы жатыр. Осы жүйелерде пайдаланылатын Оптика әдетте ең немесе олардың барлық бір-бірімен қосылған, онда оптикалық компоненттер білдіреді жатыр. Кейбір жағдайларда, бір сусымалы оптика, және кейде ішкі оптикалық талшықты жүйесі сыртқы сусымалы оптика үйлеседі.

Диодтың сорғы көзі диодтың жиым немесе қосқышы талшықты оптикалық волновода қосылған, олардың әрқайсысы жеке диодтар, көптеген болуы мүмкін. әрбір соңында легірленген талшықты айна көлемді резонатор бар - іс жүзінде талшықты Брэгг тор жаса. Демалыс Луч талшықты басқа нәрсе кіреді ғана емес, егер сусымалы оптика ұштарында, бар. Қажет болса, лазерлік резонатор бірнеше метр ұзындығы болуы мүмкін, сондықтан жеңіл нұсқаулығы бұрмалап мүмкін.

екі ядролы

талшықты лазер пайдаланылатын құрылымы талшықтар, маңызды болып табылады. ең көп тараған екі ядролы құрылымын геометрия болып табылады. Недопированном сыртқы ядро (кейде тығыз деп аталатын) жинайды жарық сорып және талшықтары бойымен, оны бағыттайды. талшықты жинақталатын ынталандырды радиациялық жиі бір режим болып табылады ішкі өзегі арқылы өтеді. ішкі негізгі сорғы жарық ынталандырды қоспалар иттербий, бар. алтыбұрышты, D-тәрізді және тік бұрышты түсірмеу қызықтыратын орталық өзегі жарық сәулесін азайту, - оның ішінде некруглых сыртқы ядроның көптеген нысандары бар.

талшықты лазерлік нүкте немесе жанама айдау болуы мүмкін. Бірінші жағдайда бір немесе бірнеше көздерден талшықты жарық ұшын кіреді. жағы айдау жеңіл сыртқы ядро оны нығыздап сплиттерге берілгенде. Бұл жарық осіне перпендикуляр енген лазерлік өзек ерекшеленеді.

Мұндай шешім қабылдау үшін құрылымдық әзірлемелер көп талап етеді. Айтарлықтай назар ішкі өзегі ынталандырылған эмиссиясы үшін жетекші, халықтың инверсия өндіруге өзегіне сорғы жарық қорытындылау төленеді. лазерлік негізгі допинг байланысты талшықты күшейту әр түрлі дәрежесі, сондай-ақ оның ұзындығы болуы мүмкін. Бұл факторлар талап етілетін параметрлердің инженер-конструктор болып орнатылады.

Қуат шегі бір-режим талшықты аясында жұмыс істейтін, атап айтқанда, орын алуы мүмкін. Мұндай негізгі өте кішкентай қимасының ауданы бар, және нәтижесінде өте жоғары қарқындылығын Қол жарық өтеді. Кезде осы ватт бірнеше мыңдаған шығу қуаты шектейді, ол көп айқын емес сызықтық Бриллюэна шашырау болып табылады. шығыс жеткілікті жоғары болса, талшықты соңы зақымдалған болуы мүмкін.

Әсіресе талшықты лазерлер

жұмыс сұйықтық ретінде талшықты пайдалану диодты сорғы кезде жақсы жұмыс істейді үлкен өзара іс-қимыл ұзындығын береді. реттеуді немесе туралауды талап ететін осы геометрия фотондар жоғары конверсиялық тиімділігін нәтижелері, сондай-ақ сенімді және жинақы құрылыс, жоқ, дискретті оптика.

аппарат қалың металл парақ дәнекерлеу үшін бейімделуі мүмкін және фемтосекундных импульсінің өндіруге, ол сондай-ақ бейімделуге мүмкіндік беретін талшықты лазерлік. Талшықты-оптикалық күшейткіштер олар бір мезгілде көптеген толқын ұзындығы күшейту мүмкін, бір-өту өсімін қамтамасыз және телекоммуникация пайдаланылады. сол пайда шеберлік осциллятор Қуат күшейткіштер пайдаланылады. Кейбір жағдайларда, күшейткіш үздіксіз лазермен жұмыс істеуі мүмкін.

Тағы бір мысал амалсыздан сәуле Шуды талшықты-арматура, риясыз эмиссия көзі болып табылады. Тағы бір мысал өсті дисперсия, айтарлықтай ығысу толқын ұзындығы ұштастыра Раман талшықты лазерлік болып табылады. Ол ұрпақтың және күшейту үйлесімі орнына стандартты кремний талшықтардан қарағанда фтор әйнегі арқылы зерттеулер қолданбаны, тапты.

Алайда, әдетте, талшықтар өзегі сирек-жер қоспалар бар кремний шыныдан жасалған. негізгі қоспалар иттербий, эрбий мен болып табылады. Иттербий 1030 жылғы 1080 нм толқын ұзындығы бар, және кең ауқымды астам шығаруы мүмкін. 940-нм диодты сорғының пайдалану айтарлықтай фотондар тапшылығын азайтады. Иттербий жоғары тығыздығы кезінде неодим тұр өзін-өзі қандырып әсерлерді де бар, сондықтан соңғы сусымалы лазер және иттербия пайдаланылады - талшықты (олар екі бірдей толқын ұзындығы шамамен қамтамасыз).

Эрбий ауқымы 1530-1620 нм, көз үшін қауіпсіз шығарады. жиілік талшықты лазер басқа түрлері үшін қол жетімді емес 780 нм, жарық генерациялау екі есеге болады. элементі сорғы сәуле жұтып, эрбий мен осы энергиясын, сондықтан Соңында, иттербий эрбий қосуға болады. Тулиевого - осылайша көз суреттер үшін қауіпсіз болып табылады жақын инфрақызыл облысы, эмиссиялар үшін басқа қосымдағы.

жоғары тиімділігі

талшықты лазерлік квази-үш деңгейлі жүйе болып табылады. сорғы фотондар жер мемлекет тарапынан жоғарғы қабаты көшу қозғауға. Лазерлік өтпелі сплит жер мемлекеттердің бірінде жоғарғы деңгейдегі ең төменгі бөлігіне дейін. Бұл өте тиімді болып табылады: мысалы, иттербий-940 нм фотон сорғы, 1030 нм толқын ұзындығы, және кванттық ақау (энергия шығын) ғана шамамен 9% фотонды шығарады.

Керісінше, неодим, энергия шамамен 24% жоғалтады нм 808 Айдау. емес, барлық оның салдарынан фотондар кейбір жоғалуына қол жеткізуге, бірақ Осылайша, иттербий мәні бойынша, жоғары тиімділігі бар. 1480 толқын ұзындығы немесе 980 нм - Yb бір жиіліктер белдеулерін саны, эрбий мен айдауға мүмкін. жоғары жиілікті, өйткені 980 нм кезінде, тіпті бұл жағдайда, қолда бар ең жақсы көздері ретінде ақауы фотондар тұрғысынан тиімді, бірақ пайдалы емес.

талшықты лазер жалпы тиімділігін екі қадамдық процесс нәтижесі болып табылады. Біріншіден, бұл сорғы диодтың тиімділігі болып табылады. келісілген сәулелену Semiconductor көздері 50% тиімділігі оптикалық ішіне электр сигнал айырбастау отырып, өте тиімді болып табылады. зертханалық зерттеулер нәтижелері, ол 70% немесе одан да көп мәнді жетуге болады деп болжайды. дәл сәйкестік шығу сәуле жұту желісі талшықты лазерлік қол және жоғары сорғы тиімділігі.

Екіншіден, бұл оптикалық-оптикалық қайта тиімділігі. Кезде шағын ақау фотонға қозғау жоғары дәрежесін және 60-70% оптикалық-оптикалық конверсиялық тиімділігін өндіру тиімділігіне қол жеткізу мүмкін. нәтижесінде тиімділігі диапазонында 25-35% құрайды.

әр түрлі конфигурациялы

Талшықты кванттық үздіксіз толқынды генераторлар бір немесе многомодовый (көлденең режимдері) болуы мүмкін. Одномодовые атмосфераға арқылы сәулесін жұмыс немесе жіберу, материалдарға арналған жоғары сапалы сәулесін шығаратын, және многомодовый өнеркәсіптік талшықты лазерлер қуатты көбірек жасай аласыз. Ол үлкен аймағы жанып термоөңдеу үшін, кесу және дәнекерлеу үшін, және, атап айтқанда, пайдаланылады.

ұзақ талшықты лазерлік айтарлықтай квазимемлекеттік үздіксіз аппараты әдетте миллисекунд сигналдарын қалыптастыру түрі болып табылады. Әдетте, бұл жұмыс циклі 10% құрайды. Бұл, мысалы, импульстік бұрғылау үшін, пайдаланылатын үздіксіз режимде (әдетте он есе) қарағанда жоғары Шығыстағы қуат әкеледі. жиілік ұзақтығына байланысты, 500 Гц болуы мүмкін.

талшықты лазер Q-коммутациялық сондай-ақ тиелген ретінде әрекет етеді. Әдеттегі импульс ұзақтығы микросекунд үшін наносекунд диапазонында болып табылады. талшықты ұзақ, ұзақ ол ұзақ импульс, нәтижесінде шығыс сәулелену Q-коммутация үшін қабылдайды.

Талшықты қасиеттері Q модуляция кейбір шектеулер бар. Қуат шыңы бірнеше шектелген болуы тиіс, сондықтан талшықты лазер Сызықты, өйткені өзегі шағын қимасы ауданының көп маңызды болып табылады. Сіз белсенді бөлігінің шетіне қосылған жоғары өнімділігін қамтамасыз ету Q көлемі ажыратқыштар, немесе оптикалық модуляторларды, пайдалануға болады.

Q-қосулы серпін талшықты немесе көлемді резонатор күшейді болады. Соңғы мысал талшықты лазерлік 192 арқалықтар үшін шеберлік осциллятор ядролық сынақтардың (ҰИҚ Livermore, CA) Ұлттық кешенді модельдеу, табуға болады. шыны үлкен тақталар шағын серпін megajoules үшін күшейтілген легірленген.

үндестіру тізбектер және импульс ұзақтығы басқа режимдерде өткізу арттыру қабілеті тәуелді ретінде синхрондау қайталау жиілігі талшықты лазер жылы, материалды күшейту ұзындығына байланысты. 100 FS диапазонында - қысқа 50 ФС, және ең типтік ауқымында болып табылады.

иттербий, эрбий мен талшықты арасындағы, олар әр түрлі режимдері дисперсия жұмыс істейді, оған сәйкес маңызды айырмашылық бар. аномалдық дисперсия аймақта 1550 нм шығаратын эрбий-легірленген талшықты. Бұл солитонам мүмкіндік береді. Itterbievye талшықтар оң немесе қалыпты дисперсия болып табылады; Нәтижесінде, олар оқылады сызықтық Жиіліктік модуляция серпін жасайды. ол пульс ұзындығын қысу үшін қажет болуы мүмкін тор Bragg нәтижесінде.

пикосекундной сверхбыстрое зерттеулер үшін, атап айтқанда, талшықты-лазерлік серпін өзгертуге бірнеше жолдары бар. Фотонды кристалл талшықтар осындай supercontinuum ұрпақ үшін, сондай күшті сызықтық әсерлер, өте шағын ядролардың дайындалуы мүмкін. Керісінше, фотонды кристалдардағы, сондай-ақ жоғары өкілеттік бойынша сызықтық емес әсерлерін болдырмау үшін өте үлкен бір-режим өзегі дайындалуы мүмкін.

жоғары қуат қажет ететін бағдарламалар үшін құрылған үлкен өзегі бар Икемді фотонды кристалды талшықты. әдістердің бірі іргелі көлденең режимін сақтай отырып, кез келген қалаусыз тәртібін жоғары режимдерін жою үшін талшықты қасақана иілу болып табылады. емес желілік гармоника жасайды; және жиналмалы жиілігін шегеру арқылы, сіз қысқа және ұзақ толқын ұзындығы жасай аласыз. Сызықтық әсерлер, сондай-ақ пайда болуы жиілік бөлшектерінің әкеледі, қысылған импульсті өндіре алады.

өте қысқа импульсінің ретінде supercontinuum көзі фазалық модуляция арқылы үздіксіз спектрін өндіреді. Мысалы, ультракүлгін ден астам 1600 нм диапазонында алынған иттербий талшық лазерлік спектрін жасайды 1050 нм, бастапқы 6 PS импульсінің. 1550 нм толқын ұзындығы IR-сорып эрбий-supercontinuum көзі тағы бір көзі.

жоғары қуатты

Өнеркәсіп Қазіргі талшықты лазер ең ірі тұтынушысы болып табылады. жоғары сұранысқа ие, дәл қазір автомобиль өнеркәсібінде пайдаланылатын квт мақсатында қуатын пайдаланады. автомобиль өнеркәсібі беріктігін талаптарын қанағаттандыру үшін жоғары сапалы болат вагондарын өндіру бағытында қозғалатын және үлкен отын экономикаға салыстырмалы оңай болып табылады. Дәстүрлі станоктар мысалы, болат осы түріне тесіктерін соққы, өте қиын болып табылады және келісілген сәулелену көздері жеңілдетеді.

кванттық генератордың басқа түрлерімен салыстырғанда, металл талшықты лазерлік кесу бірқатар артықшылықтары бар. Мысалы, жақын-инфрақызыл толқын диапазонын ақ металдар сіңеді. Beam кесу және бұрғылау кезінде робот оңай кезелімді жылжыту мүмкіндік береді талшықты арқылы жеткізілуі мүмкін.

Оптикалық талшықты билік үшін ең жоғары талаптарға сай. 2014 жылы сынақтан қару АҚШ әскери теңіз күштері, бір сәуленің және қалыптастыру оптикалық жүйесі арқылы радиациялық біріктірілген 6-талшықты 5,5-киловатт лазерлердің тұрады. 33 кВт блок жеңу үшін пайдаланылған ұшқышсыз әуе көлігі. арқалық бір-режим болмаса да, ол стандартты, оңай қол жетімді ингредиенттер шығып өз қолдарымен талшықты лазер құруға мүмкіндік береді, сондай-жүйесі, қызығушылық тудырады.

АНТ Photonics жоғары қуатты бір-режим келісілген жарық көздері 10 кВт. мастер осциллятор басқа талшықты лазер жарық бар 1018 нм кезінде айдалады күшейткіш каскады беріледі оптикалық билік ватт, шығарады. бүкіл жүйесі екі тоңазытқыштар өлшемін бар.

талшықты лазер пайдалану, сондай-ақ жоғары қуатты кесу және дәнекерлеу үшін қолданылады. Мысалы, олар материалды деформация проблемасын шешуге болат парағын дәнекерлеу қарсылық ауыстырды. Қуатты басқару және басқа да параметрлері, әсіресе бұрыштары, өте дәл кесу қисық мүмкіндік береді.

ең қуатты многомодовый талшықты лазерлік - бір өндірушінің металл кесуге арналған - 100 кВт дейін. жүйесі бессвязно сәуленің ұштастыру негізінде, сондықтан ол супер жоғары сапалы арқалық емес екен. Бұл қарсылық өнеркәсібі үшін талшықты лазерлер тартымды етеді.

бетон бұрғылау

4 кВт многомодового талшықты лазерлік шығару кесу және бетон бұрғылау үшін пайдаланылуы мүмкін. Неге мұны? инженерлер бетон өте абай болу керек, қолданыстағы ғимараттардың сейсмикалық төзімділігін жету үшін тырысып кезде. оған орнатылған кезде, болат арматура дәстүрлі соқпалы бұрғылау сияқты кемшіліктері себеп және бетон әлсіретуге, бірақ талшықты лазерлер оны ұсақтау жоқ кесіп алады.

таңбалау немесе жартылай өткізгіш электроника өндірісінде пайдаланылады, мысалы, бір Q-қосулы талшықты лазер. Олар сондай-ақ ауқымы тауып пайдаланылады: модульдер қолына мөлшері, оның шығыс 4 кВт, 50 кГц жиілігі және 5-15 нс-тен импульс ұзақтығы көз-қауіпсіз талшықты құрамында лазер бар болып табылады.

бетін өңдеу

микро және nanoprocessing үшін шағын талшықты лазер үлкен қызығушылық бар. беткі қабатын алып тастау кезінде, импульс ұзақтығы 35 PS, ешқандай бүрку материал қарағанда қысқарақ болса. Бұл ямок және басқа да қажетсіз артефактілер болдырмайды. фемтосекундной режимде серпін толқын ұзындығы мен төңірегі сезімтал емес сызықты әсерлер маңындағы аудандардың елеулі залал немесе әлсіреу жоқ жұмыс істеуге мүмкіндік беретін, жылытылатын емес. Сонымен қатар, тесіктер ені жоғары тереңдігі кесіп мүмкін - мысалы, тез (бірнеше миллисекунд ішінде), тот баспайтын болаттан 1 МГц жиілігі 800-ФС серпін бар пайдаланып 1 мм шағын тесік.

Бұл, мысалы, адам көз беті өңделген мөлдір материалдарды өндіруге, сондай-ақ мүмкіндігі бар. көз микрохирургиясы бойынша клапаны кесіп, фемтосекундных импульсінің бетіндегі кез келген зиян, бірақ бақыланатын тереңдігі материал жойып көз туындатпай көз бетінің төмен нүктесінде тығыз линзалар vysokoaperturnym. аян үшін өте маңызды қасаң, тегіс беті өзгеріссіз қалады. мөлшерлегіш төменгі бөлініп, содан кейін линзалар қалыптастыру Эксимерный лазер үсті дейін суырып алады. Басқа медициналық өтініштер хирургия таяз Дерматология енуін, сондай-ақ оптикалық когерентті томография жекелеген түрлерін пайдалануды қамтиды.

фемтосекундной лазерлер

ғылым Femtosecond лазерлер бір уақытша рұқсаты, сондай-ақ жалпы материалдар зерттеу үшін лазерлік эмиссиялық спектроскопия, флуоресцентті спектроскопия қозғау үшін пайдаланылатын. Сонымен қатар, олар метрология және жалпы білім беру пәндері қажетті Фемтосекундные жиілікті тарақты өндіру үшін қажет. Қысқа мерзімді перспективада нақты бағдарламалардың бірі анықтау дәлдігін арттыруға мүмкіндік береді, ол жаңа буын GPS спутник атом сағаты болады.

Бір жиілігі талшықты лазерлік кемінде 1 кГц спектрлік желінің енін отырып жүзеге асырылады. 10 мВт-дан 1 Вт дейін шағын радиациялық шығу қуаты Бұл әсерлі құрылғы. байланыс саласындағы қолдану, (мысалы, талшықты Гироскоптардың жылы) метрология және спектроскопия табады.

Ары қарай не?

басқа да зерттеу қосымшалар үшін болсақ, ол олардың көп зерттелген әлі. Мысалы келісілген немесе спектрлік комбинациясы арқылы жоғары сәулесін алу үшін талшықты-лазерлік үйлестіре тұрады басқа да салаларда қолданылуы мүмкін, әскери инженерлік,. Нәтижесінде, көп қуат бір-режим сәуленің қол жетеді.

талшықты лазер өндірісі, әсіресе автомобиль өнеркәсібі қажеттіліктері үшін, қарқынды дамып келеді. Сондай-ақ, қолма-талшықты талшықты құрылғылардың ауыстыру бар. құны мен орындау жалпы жетілдіру Сонымен қатар, көп практикалық фемтосекундной лазерлер мен supercontinuum көздері бар. Талшықты лазерлер көп таратып айтар және лазер басқа түрлері үшін жетілдіру көзі айналды.