Iterbiyum optik lazer: qurilma, operatsion tamoyili, elektr, ishlab chiqarish, foydalanish

Fiber lazer buzmoq ogohlantirgandan issiqlik ixcham va mustahkam, aniq va oson. Ular har xil turdagi kelish va ko'p boshqa turdagi lazer bilan, albatta, ega bo'lgan, o'z noyob afzalliklarga ega.

Fiber lazer: operatsiya

Ushbu turdagi qurilmalar tolasidan izchil nurlanish qattiq-davlat manbai standart og'ish, o'rniga rod ish suyuqligi, bir plitalar yoki disk bor. tolasining markaziy qismida nazorat tomonidan hosil nur. asosiy tuzilishi ancha murakkab, oddiy farq qilishi mumkin. tolalar hajmi nisbati keng sirt ega, shuning uchun issiqlik nisbatan osonlik tarqalganini mumkin, masalan, bu Iterbiyum tolali lazer asbob.

Fiber lazer ko'pincha diyot lazer yordamida, optik shimib, lekin ba'zi hollarda etiladi - Shu manbalari. Ushbu tizimlarida ishlatiladigan Optika eng, yoki ularning barcha bir-biriga ulangan bo'lib, odatda, optik komponentlar ifodalaydi bor. Ba'zi hollarda, bir qismi optika va ba'zan ichki optik tolali tizim tashqi qismi optika bilan birlashtirilgan.

A diyot nasos manbai ulagichi optik tolali to'lqin ulangan har qaysi bir diyot majmuasini yoki individual diodlar bir necha bo'lishi mumkin. Har bir oxirida katkılandırma tolasi bir oyna chuqur rezonatörünü ega - amalda tolasi Bragg panjara qilish. hajm optika uchlari bor paytda, chiqish nur nafaqat tolasi boshqa narsa kirsa. nur, hidoyat orzu bo'lsa lazer chuqur bir necha metr uzunligi bo'lishi mumkin, shunday qilib, burab mumkin.

binuclear

tolalar lazer ishlatiladi tuzilishi tolalar, muhim ahamiyatga ega. eng keng tarqalgan ikki yadroli tuzilishi geometriya hisoblanadi. shimib (ba'zan intima deb ataladi) Undoped tashqi yadro nur to'playdi va tolasi bo'ylab, uni boshqarmoqda. tola hosil rag'batlantirdi nurlanish ko'pincha bitta rejimi ichki yadro orqali o'tadi. ichki yadro nasos nur bilan rag'batlantirildi bir qo'shimcha Iterbiyum o'z ichiga oladi. sog'inib ehtimolini markaziy yadro yengil nur kamaytirish, olti burchakli, D-shaklli va to'rtburchaklar, - shu jumladan dairesel bo'lmagan tashqi yadro ko'plab turlari bor.

tolalar lazer chek yoki yon yurishi mumkin. bir yoki bir necha manbalardan birinchi ishi nur tolalar uchini kiradi. yon nasos nur tashqi yadro uni oziqlantirib bir splitter yetkazib bo'lsa. Bu nur tizmasiga tik kirsa lazer satrini farq qiladi.

Bunday qaror uchun tuzilmaviy o'zgarishlarni ko'p talab qiladi. E'tibor ichki yadroda rag'batlantirdi emissiya olib bir aholi zid ishlab chiqarish uchun yadro ichiga nasos nur umumlashtirish qaratilmoqda. lazer asosiy shuningdek, uning uzunligi, doping qarab tolaga amplifikasyonu turli darajaga ega bo'lishi mumkin. Bu omillar talab parametrlari uchun muhandis-konstruktor bo'lib o'rnatiladi.

bitta-xil tolasi ichidagi faoliyat qachon Power chegarasi ayniqsa, yuzaga kelishi mumkin. Bunday asosiy juda kichik ko'ndalang kesimi maydoni bor, va natijada juda yuqori intensivligi Bunga nur o'tadi. Bu vatt bir necha minglab kuch cheklaydi yanada aniq chiziqli bo'lmagan Brillouin, buzilib ketishiga, mos bo'lsa. chiqish etarli yuqori bo'lsa, tolalar end zarar etkazilishi mumkin.

Ayniqsa, tolalar lazer

ish suyuqligi sifatida tolasi foydalanish yaxshi bo'lsa, diyot yurishi ishlari katta o'zaro uzunligini beradi. hech diskret optika, tuzatishlarni yoki keyingisini talab bo'lgan fotonlar yuqori aylantirish samaradorligini, shuningdek, ishonchli va ixcham qurilish, bu geometriya natijalar.

apparat yaxshi moslashish imkonini beradi A tola lazer, qalin metall jadvallari payvandlashda moslashtirilishi mumkin va femtosaniye zarba ishlab chiqarish. Optik tolali Kuchaytirgichlar bitta-Pass foyda beradi va ular bir vaqtning o'zida ko'p to'lqin oshirmoq mumkin, telekommunikatsiya ishlatiladi. Shu daromad mahorat osilatöre bilan kuch ham ko'taruvchidir ishlatiladi. Ba'zi hollarda, kuchaytirgich uzluksiz to'lqin lazer bilan operatsiya qilinishi mumkin.

Yana bir misol rag'batlantirdi emissiya bostirilgan bo'lgan optik-mustahkamlash, olingan spontan emissiya bir manbaidir. Yana bir misol oshdi tarqalishi, sezilarli darajada kesish to'lqin uzunligi bilan birga bir Raman tolasi lazer hisoblanadi. Bu, tadqiqot ilovani topdi qaerda ftorid stakan o'rniga standart silika tolalar yordamida avlod va kattalashtirish uyg'unligi.

Biroq, odatda, tolalar yadrosidagi nodir nazorat bilan söz shishadan yasalgan. asosiy hissa qo'shish uchun ytterbium va Erbiyum bo'ladi. Iterbiyum 1030-dan 1080 nm uchun to'lqin urug'iga ega va keng ustidan chiqaradi mumkin. 940-nm diyot nasosi foydalanish sezilarli darajada fotonlarning taqchilligini kamaytiradi. Iterbiyum yuqori zichlikda neodimiyum bo'lgan ham o'z-o'zini chiniqtirish ta'sir ega, shuning uchun ikkinchi qismi lazer va iterbiyum ishlatiladi - tolaga (har ikkalasi ham bir to'lqin uzunligi taxminan ta'minlash).

Erbium ko'zlari uchun xavfsiz, qator 1530-1620 nm chiqaradi. chastota tolali lazer boshqa turlari uchun mavjud emas 780 nm da nur ishlab chiqarish uchun ikki barobar bo'lishi mumkin. element erbiyum uchun bu energiya nasos radiatsiya shimib va uzatish bo'ladi, shunday qilib, nihoyat, ytterbium erbiyum qo'shilgan bo'lishi mumkin. Tulyum - shunday ko'z rasmlar uchun xavfsiz yaqin infraqizil mintaqada emissiya, yana bir nazorat.

yuqori samaradorlik

tolalar lazer yarim-uch darajali tizimi. nasos fotonlar yuqori qatlami uchun zamin davlatdan o'tishni hayajonlanmoq. Laser o'tish split maydalab davlatlar birida yuqori darajali eng past qismidan hisoblanadi. Bu juda samarali hisoblanadi: masalan, ytterbium-940 nm foton nasos 1030 nm to'lqin uzunligi bilan bir fotonni va kvant defekt (energiya yo'qolishi), faqat 9% chiqaradi.

farqli o'laroq, neodimiyum, energiya taxminan 24% yo'qotadi nm 808 pompalanır. u emas, balki butun tufayli fotonlarning ba'zi yo'qotish uchun erishsa bo'ladi-da Shunday qilib, ytterbium tabiatan, bir yuqori samaradorligini ega. Yb chastota kengliklarida va erbiyum bir qator shimib mumkin - to'lqin uzunligi 1480 yoki 980 nm. yuqori chastota eng yaxshi manbalari mavjud, chunki 980 nm da, hatto, bu holatda, deb ayb fotonlar jihatidan samarali, lekin foydali emas.

tolalar lazer Umumiy samaradorligi ikki bosqichli jarayonning natijasidir. Birinchidan, u nasos diyot samaradorligi hisoblanadi. bog'langan nurlanish Semiconductor manbalari 50% samaradorligini optik ichiga elektr signal konvertatsiya bilan, juda samarali. laboratoriya tadqiqotlari natijalari 70% yoki undan ortiq bir qiymatini erishish mumkin ekanligini ko'rsatadi. aniq o'yin chiqish nurlanish yutish liniyasi tolali lazer bilan erishilgan va baland yurishi olish etiladi.

Ikkinchidan, bu optik-optik samaradorligini o'tkazish. bir kichik xato fotonlar qo'zg'alishi yuqori darajasini va 60-70% optik-optik aylantirish samaradorligini qazib olish samaradorligini erishish mumkin. Olingan samaradorligi soha 25-35% bo'ladi.

turli konfiguratsiyalar

Fiber kvant uzluksiz to'lqin generatorlar bitta yoki Multimode (ko'ndalang rejimlari) bo'lishi mumkin. Singlemode ish yoki atmosfera orqali nur yuborib, materiallar uchun yuqori sifatli kirish ishlab chiqarish va Multimode sanoat tolali lazer kuch qo'shimcha ishlab chiqarish mumkin. Bu katta maydoni yoritilgan issiqlik davolash uchun, chiqib ketish va payvandlash uchun va ayniqsa ishlatiladi.

uzoq tolasi lazer, odatda, urishlar ishlab turini millisoniya emish-uzluksiz apparat sezilarli darajada bo'ladi. Odatda u vazifa aylanishiga 10% hisoblanadi. Bu darbeli burg'ulash uchun, masalan, ishlatiladigan uzluksiz rejimida (odatda o'n marta) dan yuqori cho'qqisi kuch olib keladi. chastota davomiyligiga qarab, 500 Hz bo'lishi mumkin.

tolalar lazer bilan Q-kommutatsiya ham quyma sifatida bajaradi. Odatda, puls muddati mikro nanosaniyelerden oralig'ida. uzoq tolasi, uzoq u uzoq puls, natijada ishlab chiqarish radiatsiya Q-kommutatsiya oladi.

Fiber xususiyatlari Q modülasyon haqida ba'zi cheklashlar mavjud. qaragan kuch bir oz cheklangan bo'lishi kerak, shunday qilib, optik lazer nonlineerlik, chunki yadro kichik ko'ndalang kesimi maydoni yanada muhim hisoblanadi. Siz oliy ishlash, yoki faol qismi uchlari ulangan optik modülatörlerini taqdim Q hajmi kalitlari, yo foydalanishingiz mumkin.

Q-yoqilgan urishlar bir tolasi yoki chuqur rezonatörü büyütülür mumkin. ikkinchisi misol tolali lazer 192 nurlari uchun mahorat osilatör bo'ladi yadroviy sinovlari (QIJ, Livermore, CA), Milliy majmuasi simulyatsiya topish mumkin. shisha katta billurdan kichik urishlar megajoules darajada katkılandırma.

sinxronizatsiya takrorlash chastotasi bilan optik lazer Sinxronizatsiya mikrosxemalar boshqa usullari kabi, nazorat qiluvchi materiallar uzunligi bog'liq va puls muddati throughput oshirish qobiliyatiga bog'liq. 100 Fs oralig'ida - qisqa 50 fs, va eng tipik oralig'ida joylashgan.

iterbiyum va Erbiyum tolasi orasidagi, ular turli rejimlari tarqalishi faoliyat qaerga muhim farq bor. anomal tarqalishi bir mintaqada 1550 nm da chiqarila Erbium-katkılandırma tolasi. Bu solitons beradi. Itterbievye tolalar ijobiy yoki normal tarqalishi bor; Natijada, ular talaffuz chiziqli chastota modülasyonu bilan o'qlaridan ishlab. Bragg natijasidir panjara kabi puls uzunligi arxivlovchi kerak bo'lishi mumkin.

picosecond Ultrafast tadqiqotlar uchun, ayniqsa, optik-lazer o'qlaridan o'zgartirish uchun bir necha yo'llari bor. Yorug'likdan billur tolalari bunday supercontinuum avlod uchun kuchli nochiziqli ta'siri, uchun juda kichik yadrolari bilan ishlab mumkin. farqli o'laroq, yorug'lik kristallar ham yuqori vakolatlarini da nochiziqli ta'sirini oldini olish uchun juda katta bir xil yadro bilan ishlab mumkin.

yuqori quvvat talab qiladigan qo'llanmalar uchun yaratilgan katta yadrosi bilan moslashuvchan fotonik kristall tolasi. usullari biri asosiy ko'ndalang rejimini saqlab tolasini qasddan bending kiruvchi yuqori tartibi rejimlarini olib tashlash uchun. non-lineerlik harmonikleri yaratadi; va qatlamlanish chastotasini chiqarilsa, siz qisqa va uzoq to'lqin yaratishingiz mumkin. Nochiziqli ta'siri ham ko'rinishi chastota chuqurchalar olib keladi zarba yordamida siqishni, ishlab chiqarish mumkin.

juda qisqa zarba bo'lib supercontinuum manbai o'zgarishlar modülasyonu orqali uzluksiz spektrini ishlab chiqarish. Misol uchun, ultrabinafsha dan ortiq 1600 nm oralig'ida olingan ytterbium tolali lazer spektrlarini yaratadi 1050 nm da boshlang'ich 6 ps puls dan. 1550 nm to'lqin da IR-shimib Erbiyum-supercontinuum manbai yana bir manbai.

Oliy kuch

Sanoat hozirda tolali lazer eng ko'p iste'mol. talab yuqori hozir avtomobil sanoatida ishlatiladigan kilovatt tartibi kuchini ega. avtomobil sanoati chidamlilik talablariga qondirish uchun yuqori-quvvat po'lat avtomobillar ishlab chiqarish tomon harakat va katta yoqilg'i iqtisodiyotiga nisbatan oson bo'ladi. An'anaviy mashina uskunalar, masalan, po'lat, bu turdagi Punch teshik va izchil nurlanish manbalari oson qilish, juda qiyin.

kvant generator va boshqa turlari bilan solishtirganda kesish metall tolali lazer, qator afzalliklarga ega. Misol uchun, yaqin-infraqizil to'lqin diapazoni yaxshi metallar so'riladi. Beam kesish va burg'ulash qachon osonlik bilan e'tiborni ko'chib o'tishga robot beradi tolasi orqali etkazib berilishi mumkin.

Optik tolali hokimiyat uchun eng yuksak talablarga qondiradi. 2014 yilda sinovdan qurollar AQSh floti, 6-tolali 5,5-kilovatt lazer bir nuri birlashgan va shakllantirish optik tizimi orqali radiatsion iborat. 33 kVt birligi mag'lub qilish uchun ishlatilgan bir uchuvchisiz havo vositasi. nur bitta-xil bo'lmasa-da, u standart, darhol mavjud moddalar tashqariga, ularning qo'llari bilan bir tolalar lazer yaratish imkonini beradi, deb, tizim, qiziqish uyg'otmoqda.

IPG Fotonik eng yuqori energiya bitta-xil izchil nur manbalari 10 kVt. master osilatörü boshqa tolali lazer nuri bilan 1018 nm da shimib bosqichi yükseltici yetkazib berilmoqda optik kuch, bir vatt ishlab chiqaradi. butun tizimi ikki muzlatgichlar bir hajmi bor.

tolalar lazer foydalanish, shuningdek, yuqori elektr chiqib ketish va payvandlash uchun kengaytirilgan. Misol uchun, ular qarshilik materiallar deformatsiya muammoni hal po'lat lavha manba o'rniga. Power nazorat va boshqa parametrlar juda aniq kesish chiziqlar, ayniqsa burchaklar beradi.

eng kuchli Ko'p tolali lazer - 100 kVt gacha - Shu ishlab chiqaruvchi metallarni kesish uchun. tizimi mantiqsiz nuri kombinatsiyasi asosida, shuning uchun super yuqori sifatli nur emas bo'ladi. Bu qarshilik sanoati uchun jozibador tolali lazer qiladi.

aniq burg'ulash

4 kVt Multimode tolali lazer chiqish chiqib ketish va aniq burg'ulash uchun foydalanish mumkin. Nima uchun buni? muhandislar mavjud binolarning seysmik qarshilik erishish uchun harakat bo'lsa, beton bilan juda ehtiyot bo'lish. Bunday po'lat mustahkamlash an'anaviy jang burg'ulash kabi, unda o'rnatilgan bo'lsa kamchiliklarini olib kelishi va beton zaiflashtirish, lekin tola lazer uni maydalash holda kesib mumkin.

teg bo'yicha yoki yarim o'tkazgich elektronika ishlab chiqarishda, masalan foydalaniladigan Q-yoqilgan tolasi bilan lazer. Ular, shuningdek, qator topish qo'llaniladi: modullar bir tomondan hajmi kimning chiqish 4 kVt, 50 kHz chastotasi va 5-15 NS bir puls muddati hisoblanadi ko'z-xavfsiz tolalar lazer o'z ichiga oladi.

yuzasi davolash

mikrofirmalar va nanoprocessing uchun kichik tolasi lazerlerini katta qiziqish mavjud. puls muddati qisqa dan 35 PS, hech sepish moddiy bo'lsa, sirt qatlamini olib tashlash qachon. Bu dimples va boshqa nomaqbul asarlar yaratishga oldini oladi. femtosaniye rejimi urishlar to'lqin uzunligi sezgir emas va uning atrofidagi maydoni atrofidagi joylarda katta zarar yoki zaiflashishiga holda ishlashga imkon beradigan, qizg'in emas nochiziqli ta'sir ishlab chiqarish. Bundan tashqari, teshik eni bir yuqori chuqurligi bilan kesib mumkin - masalan, tez 1 MGts chastota bilan bir zanglamas po'latdan 800-FS olinishiga yordamida 1 mm kichik teshik (bir necha millisekundlarda ichida).

Shaffof materiallarni, masalan, inson ko'zini davolashni ham mumkin. Ko'z mikrocerrahi bilan qopqoqni kesish uchun femtosekond impulslari ko'zning sirtidan bir nuqtada yuqori diafragma linzalari bilan mahkamlanib, yuzaga hech qanday zarar etkazmasdan, lekin ko'z materialini nazorat ostida chuqurlikda yo'q qiladi. Ko'rish uchun muhim bo'lgan shox pardaning tekis yuzasi sog'-salomat holatda qoladi. Shundan keyin ajratilgan qopqoq sirt eksimer-lazerli linzalarni shakllantirish uchun tortilishi mumkin. Boshqa tibbiy dasturlar orasida dermatologiyada sayoz penetratsion jarrohlik, shuningdek ayrim turdagi optik koherens tomografiyalarda foydalanish kiradi.

Femtoseksond lazerlar

Fandagi femtosekondli kvant generatorlari lazerli sinishi, vaqtni bartaraf etishgan flüoresans spektroskopiyasi va umumiy materiallarni tadqiq qilish uchun qo'zg'atuvchi spektroskopiya uchun ishlatiladi. Bundan tashqari, metrologiya va umumiy tadqiqotlar uchun talab qilinadigan femtosekond chastotalarni ishlab chiqarish uchun zarur. Qisqa muddatda haqiqiy ilovalarning biri yangi avlod GPS sun'iy yo'ldoshlari uchun atomik soat bo'lib, joylashuvning aniqligini oshiradi.

Spektral chiziqning eni 1 kHz dan kam bo'lgan bir chastotali tola lazer ishlab chiqariladi. Bu 10 mVtdan 1 Vatt gacha radiatsiya chiqishiga ega bo'lgan ta'sirchan kichik qurilmadir. U aloqa, metrologiya (masalan, tolali gyroskoplarda) va spektroskopiya sohasidagi dasturni topadi.

Keyin nima?

Boshqa tadqiqot dasturlariga kelsak, ko'plab tadqiqotlar olib borilmoqda. Misol uchun, boshqa yo'nalishlarda qo'llanilishi mumkin bo'lgan harbiy rivojlanish, tolali lazer nurlarini birlashgan yoki spektral kombinatsiyalash orqali yagona yuqori sifatli nurni ishlab chiqarish uchun tashkil etishdan iborat. Buning natijasi o'laroq, bir martalik nurlarda yuqori kuchga erishiladi.

Elyaf lazerlarini ishlab chiqarish, ayniqsa, avtomobilsozlik sanoatining ehtiyojlari uchun tez sur'atlar bilan o'sib bormoqda. Shuningdek, tolanmagan tolali qurilmalarni tola bilan almashtirish ham mavjud. Xarajatlar va ishlashning umumiy yaxshilanishiga qo'shimcha ravishda, femtosekond kvant generatorlari va superkontinum manbalari ko'proq va ko'proq mavjud. Elyaf lazerlari ko'proq lazerlarni ishg'ol qiladi va boshqa lazer turlarini yaxshilash manbai bo'lib qoladi.