BesigheidBedryf

Ytterbium vesel laser: die toestel, die werksbeginsel, krag, produksie, gebruik

Vesellasers is kompak en duursame, akkurate en maklik om te strooi veroorsaak hitte. Hulle kom in verskillende tipes en 'n baie te doen met lasers van ander tipes het hul eie unieke voordele.

Vesellasers: operasie

Toestelle van hierdie tipe is die standaard afwyking van die vastetoestand bron van samehangende straling van die vesel in plaas stok werkende vloeistof, 'n bord of skyf. Die lig wat deur die dopant in die sentrale gedeelte van die vesel. Die basiese struktuur kan wissel van eenvoudige tot baie kompleks. Ytterbium vesel laser apparaat so dat die vesel het 'n groot oppervlakte tot volume verhouding, so die hitte kan relatief maklik versprei.

Vesellasers is opties gepomp, dikwels met die hulp van diode lasers, maar in sommige gevalle - dieselfde bronne. Optics gebruik in hierdie stelsels is verteenwoordig gewoonlik optiese komponente, waarin die meeste of almal van hulle is met mekaar verbind. In sommige gevalle, is 'n grootmaat optika, en soms interne optiese vesel stelsel gekombineer met 'n eksterne optiese grootmaat.

'N Diode pomp bron kan 'n diode skikking, of 'n pluraliteit van individuele diodes, elk van wat is verbind tot die aansluiting optiese vesel golfleier wees. Gedoopte vesel aan elke kant het 'n spieël holte resonator - in die praktyk maak die vesel Bragg traliewerk. Aan die einde van grootmaat optika het, indien nie net die produksie balk gaan iets anders as vesel. Die lig gids kan so gedraai dat as jy wil die laserholte kan 'n lengte van 'n paar meter het.

binucleaire

Struktuur vesel gebruik in vesellasers, is belangrik. Die mees algemene is die meetkunde van 'n dual-core struktuur. Ongeveer renamed buitekern (soms na verwys as die intima) gepomp versamel lig en gelas dit langs die vesel. Gestimuleer bestraling gegenereer in die vesel gaan deur die innerlike kern, wat dikwels 'n enkele modus. Die binnekern bevat 'n toevoeging ytterbium, gestimuleer deur die pomp lig. Daar is baie vorme van noncircular buitekern insluitend - seskantige, D-vormige en vierkantige, die vermindering van die waarskynlikheid van mis die ligstraal in die sentrale kern.

Die vesel laser kan 'n einde of kant pomp het. In die eerste geval lig van een of meer bronne gaan die vesel einde. Wanneer die kant pomp lig verskaf om 'n splitter wat dit voed in die buitekern. Dit verskil van die laser stok waar die lig kom loodreg op die as.

Vir so 'n besluit vereis 'n baie strukturele ontwikkelinge. Heelwat aandag word geskenk aan n opsomming van die pomp lig in die kern van 'n besettingsomkering produseer, wat lei tot gestimuleerde emissie in die binneste kern. laser kern kan wisselende grade van versterking het in die vesel na gelang van die doping, sowel as op sy lengte. Hierdie faktore is ingestel as 'n ontwerp ingenieur vir die verlangde parameters.

Krag limiet mag voorkom, veral wanneer wat binne 'n enkele modus vesel. So 'n kern het 'n baie klein deursnee-area, en as gevolg daarvan gaan therethrough lig van 'n baie hoë intensiteit. Wanneer hierdie is besig om meer uitgesproke nie-lineêre Brillouin verstrooiing, wat die kraglewering van etlike duisende watt beperk. As die opbrengs is hoog genoeg is, kan die vesel einde beskadig.

Veral vesellasers

Die gebruik van vesel as werkende vloeistof gee groter interaksie lengte, wat goed werk wanneer die diode pomp. Dit meetkunde resultate in 'n hoë sukses doeltreffendheid van fotone, sowel as betroubare en kompak konstruksie, waarin geen diskrete optika, wat aanpassing of belyning.

A vesel laser, wat apparaat toelaat dat dit goed te pas, kan aangepas word vir die sweis van dik metaal plate en femtosekonde polse produseer. Veseloptiese versterkers voorsien enkel-pass wins en word gebruik in telekommunikasie, as hulle baie golflengtes gelyktydig kan versterk. Dieselfde gewin gebruik word in drywingsversterkers met 'n meester-ossillator. In sommige gevalle, kan die versterker word met 'n deurlopende golf laser.

Nog 'n voorbeeld is 'n bron van spontane emissie van die vesel-versterking, waarin die gestimuleerde emissie onderdruk. Nog 'n voorbeeld is 'n Raman vesel laser gekombineer met 'n verhoogde verspreiding, aansienlik skeer golflengte. Dit het aansoek gevind in navorsing, waar die kombinasie van geslag en versterking met 'n fluoried glas eerder as die standaard silica vesel.

Maar oor die algemeen, vesel gemaak van silika glas met skaars-aarde dopant in die kern. Die basiese bymiddels is ytterbium en erbium. Ytterbium het golflengtes 1030-1080 nm, en kan uitstraal oor 'n wye spektrum. Die gebruik van 940-nm diode pomp aansienlik verminder die tekort van fotone. Ytterbium het nie 'n self-blus effekte, wat by neodymium teen 'n hoë digtheid, so die laaste gebruik in grootmaat lasers en ytterbium - in vesel (albei voorsien oor dieselfde golflengte).

Erbium straal in die reeks 1530-1620 nm, 'n veilige vir die oë. Die frekwensie kan verdubbel tot lig genereer by 780 nm, wat nie beskikbaar is vir ander vorme van vesellasers is. Ten slotte, kan ytterbium bygevoeg word om erbium sodat die element die pomp bestraling sal absorbeer en deurgee hierdie energie te erbium. Thulium - nog 'n dopant om die uitstoot in die nabye infrarooi streek, wat dus veilig vir die oog foto's.

hoë doeltreffendheid

Die vesel laser is 'n kwasi-drie-vlak stelsel. die pomp fotone opgewonde die oorgang van die grondtoestand na die boonste laag. Laser oorgang is van die laagste gedeelte van die boonste vlak by een van die split gemaalde state. Dit is baie effektief: byvoorbeeld, ytterbium-940 Nm foton pomp stuur 'n foton met golflengte van 1030 Nm, en die kwantum defek (energie verlies), slegs sowat 9%.

In teenstelling, neodymium, gepomp by 808 nm verloor ongeveer 24% van energie. So, ytterbium het inherent 'n hoë doeltreffendheid, maar nie almal van hulle is haalbaar as gevolg van die verlies van 'n paar van die fotone. Yb kan in 'n aantal frekwensiebande, en erbium gepomp word - golflengte van 1480 of 980 Nm. Hoe hoër frekwensie is nie so effektief in terme van gebrek fotone, maar nuttig, selfs in hierdie geval, want by 980 nm, die beste bronne beskikbaar.

Algehele doeltreffendheid van die vesel laser is die gevolg van twee-stap proses. Eerstens, dit is die doeltreffendheid van die pomp diode. Halfgeleier bronne van samehangende bestraling is baie effektief, met 50% doeltreffendheid omskakeling van 'n elektriese sein in 'n optiese. Die resultate van laboratorium studies dui daarop dat dit moontlik is om 'n waarde van 70% of meer bereik. Met presiese wedstryd uitset bestraling opname lyn vesel laser bereik en 'n hoë pomp doeltreffendheid.

In die tweede plek, hierdie optiese-optiese omskakeling doeltreffendheid. Wanneer 'n klein defek fotone 'n hoë graad van opwekking en die ontginning doeltreffendheid van optiese-optiese omskakeling doeltreffendheid van 60-70% kan bereik. Die gevolglike doeltreffendheid is in die reeks 25-35%.

verskillende konfigurasies

Vesel kwantum deurlopende golf kragopwekkers kan wees enkel of multi (dwars modes). Single produseer hoë gehalte balk vir materiaal, werk of stuur 'n balk deur die atmosfeer, en multi-industriële vesellasers kan meer krag op te wek. Dit word gebruik vir die sny en sweis, en in die besonder, vir die hitte behandeling, waar 'n groot gebied is verlig.

Die lang vesel laser is aansienlik kwasi-deurlopende apparaat gewoonlik millisekonde tipe polse genereer. Gewoonlik is dit die plig siklus is 10%. Dit lei tot 'n hoër piek krag as die deurlopende modus (gewoonlik tien keer) wat gebruik word, byvoorbeeld, vir 'n pulsed boor. Die frekwensie kan 500 Hz wees, afhangende van die duur.

Q-skakel in vesellasers tree ook op as in die grootmaat. 'N Tipiese pols duur is in die reeks van nano sekondes om mikrosekondes. Hoe langer die vesel, hoe langer neem dit vir Q-skakel van die uitset bestraling, wat lei tot 'n langer pols.

Veseleienskappe is 'n paar beperkinge op die Q modulasie. Die lineariteiten van die vesel laser is meer betekenisvol as gevolg van die klein deursnee-area van die kern, sodat die piek krag ietwat beperk moet wees. Jy kan óf die Q volume skakelaars, wat hoër prestasie, of optiese modulators, wat verbind is tot in die uithoeke van die aktiewe rol te voorsien gebruik.

-Q aangeskakel polse kan versterk in 'n vesel of in die holte resonator. 'N Voorbeeld van laasgenoemde kan gevind word in die Nasionale Kompleks simulasie van kern toetse (NIF, Livermore, CA), waar die vesel laser is 'n meester ossillator vir 192 balke. Klein polse in groot blaaie van glas gedoteer versterk om megajoules.

In vesellasers met sinchronisasie herhaling frekwensie hang af van die lengte van die bevordering van materiaal, soos in die ander vorme van sinchronisasie kringe en duur pols hang af van die vermoë om deurset te verhoog. Die kortste is in die reeks van 50 fs, en mees tipiese - in die reeks van 100 FS.

Tussen ytterbium en erbium vesel, daar is 'n belangrike verskil, waardeur hulle werk in verskillende maniere verspreiding. -Erbium gedoopte vesel afgee by 1550nm in 'n streek van onreëlmatige verspreiding. Dit laat soli toon. Itterbievye vesel is in 'n positiewe of normale verspreiding; As gevolg hiervan, het hulle op te wek polse met lineêre frekwensiemodulasie uitgespreek. As gevolg van Bragg traliewerk dit mag nodig wees om die pols lengte compress.

Daar is verskeie maniere om die vesel-laser pulse verander, in die besonder vir pico second ultra vinnige studies. Fotonische kristal vesel vervaardig kan word met 'n baie klein kern vir 'n sterk-lineêre effekte, soos vir supercontinuum geslag. In teenstelling, kan die fotonische kristalle ook vervaardig word met 'n baie groot enkel-mode kern ten einde lineêre effekte teen 'n hoë magte te vermy.

Buigsame fotonische kristal vesel met 'n groot kern geskep vir aansoeke wat vereis dat 'n hoë krag. Een van die metodes is doelbewuste buiging van die vesel na enige ongewenste hoër orde modes te verwyder terwyl die handhawing van 'n fundamentele dwars af. Die nie-lineariteit skep harmonieke; en deur af te trek die frekwensie van vou, kan jy 'n korter en langer golflengtes skep. Nie-lineêre effekte kan produseer ook pols kompressie, wat lei tot die voorkoms frekwensie kamme.

Die supercontinuum bron as baie kort pulse produseer 'n kontinue spektrum deur fase modulasie. Byvoorbeeld, van die aanvanklike 6 PS polse in 1050 nm, wat die ytterbium vesel laser spektrum verkry in die reeks van ultraviolet tot meer as 1600 nm skep. Nog 'n bron van-IR gepomp erbium-supercontinuum bron by 'n golflengte van 1550nm.

hoë krag

Bedryf is tans die grootste verbruiker van vesellasers. In 'n hoë aanvraag geniet nou die krag van die orde van kilowatt gebruik in die motorbedryf. Die motorbedryf is beweeg na die produksie van hoë-sterkte staal motors aan die vereistes van duursaamheid ontmoet en is relatief maklik om 'n groter brandstofverbruik. Konvensionele masjien gereedskap is baie moeilik, byvoorbeeld, pons gate in hierdie tipe van staal en die bronne van samehangende bestraling maak dit maklik.

Sny metaal vesel laser, in vergelyking met ander vorme van kwantum kragopwekker het 'n aantal voordele. Byvoorbeeld, naby-infrarooi frekwensie band goed geabsorbeer metale. Balk wat gelewer kan word deur die vesel, wat die robot toelaat om die fokus maklik te beweeg wanneer die sny en boor.

Optiese vesel voldoen aan die hoogste vereistes vir krag. Wapens US Navy, getoets in 2014, bestaan uit 'n 6-vesel 5.5-kilowatt lasers gekombineer in een bundel en uitstraal deur die vorming van optiese stelsel. 33 kW-eenheid is wat gebruik word om te verslaan 'n onbemande vliegtuig. Hoewel die bundel is nie 'n enkele modus, die stelsel is van belang, aangesien dit moontlik maak om 'n vesel laser met hul hande te skep uit standaard, geredelik beskikbaar bestanddele.

Die hoogste krag enkel-mode samehangende ligbronne van IPG Fotonika is 10 kW. Die meester ossillator produseer 'n watt van optiese krag, wat voorsien om die verhoog by 1018 nm gepomp met die lig van ander vesellasers versterker. Die hele stelsel het 'n grootte van twee yskaste.

Die gebruik van vesellasers is ook uitgebrei na die hoë krag sny en sweis. Byvoorbeeld, hulle vervang weerstand sweis staal plaat oplossing van die probleem van vervorming van die materiaal. Krag beheer en ander parameters kan baie akkurate sny kurwes, veral die hoeke.

Die mees kragtige kommunikasie binnenshuis laser - vir die sny van metale uit dieselfde vervaardiger - tot 100 kW. Die stelsel is gebaseer op 'n kombinasie van onsamehangende balk, so dit is nie super hoë-gehalte balk. Dit weerstand maak vesellasers aantreklik vir die industrie.

beton boor

Kommunikasie binnenshuis laser uitset van 4 kW kan gebruik word vir sny en beton boor. Hoekom dit doen? Wanneer ingenieurs probeer om seismiese weerstand van bestaande geboue te bereik, om baie versigtig met die beton wees. Wanneer dit geïnstalleer is in dit, soos staalwapening konvensionele perkussie boor kan foute veroorsaak en verswak die beton, maar vesellasers sny sonder vergruis dit.

Lasers met 'n Q aangeskakel vesel gebruik byvoorbeeld vir etikettering of in die vervaardiging van halfgeleier elektroniese. Hulle word ook gebruik in die reeks vinders: modules is die grootte van 'n hand bevat eye-veilige vesellasers wie se produksie is 4 kW, die frekwensie van 50 kHz en 'n pols duur van 5-15 ns.

oppervlak behandeling

Daar is groot belangstelling in klein vesellasers vir mikro- en nanoprocessing. Wanneer die verwydering van die oppervlak laag, as die duur pols is korter as 35 ps, geen bespuiting materiaal. Dit verhoed dat die vorming van kuiltjies en ander ongewenste artefakte. Die polse in die femtosekonde regime produseer nie-lineêre effekte wat nie sensitief vir die golflengte en die omliggende gebied is nie verhit word, sodat om te werk sonder aansienlike skade of verswakking van die omliggende gebiede. Daarbenewens, kan gate gesny word met 'n hoë diepte wydte - byvoorbeeld, vinnig (binne 'n paar millisekondes) Klein gate van 1 mm met behulp van 'n vlekvrye staal 800-VS polse met 'n frekwensie van 1 MHz.

Dit is ook moontlik om-oppervlak behandel deursigtige materiaal, bv die menslike oog te produseer. 'N flap op die oog Micro sny, femtosekonde polse vysokoaperturnym styf fokus lens op 'n punt onder die oppervlak van die oog, sonder dat enige skade aan die oppervlak, maar die oog deur die vernietiging van materiaal op 'n beheerde diepte. Die gladde oppervlak van die kornea, wat noodsaaklik is vir visie bly ongeskonde. Die flap is geskei van die onderkant, kan dan getrek tot laseruitsnyding vorming lens oppervlak. Ander mediese aansoeke sluit chirurgie vlak penetrasie in vel, sowel as die gebruik van sekere tipes optiese samehang tomografie.

femtosekonde-lasers

Femtosekonde-lasers in die wetenskap gebruik om die laser uiteensetting spektroskopie, fluoressensie spektroskopie met 'n tydelike oplossing opgewonde, en ook vir algemene materiaal navorsing. Daarbenewens is dit nodig vir die produksie van femtosekonde frekwensie kam vereis meet en algemene studies. Een van die werklike aansoeke in die kort termyn sal wees om die atoom-horlosies van die GPS satelliete van 'n nuwe generasie, wat die posisie akkuraatheid sal toeneem.

Enkele frekwensie vesel laser uitgevoer met 'n spektrale linewidth van minder as 1 kHz. Hierdie indrukwekkende toestel met 'n klein bestraling uitset krag van 10 mW na 1W. Vind toepassing in die gebied van kommunikasie, meet (bv in vesel giroskope) en spektroskopie.

Wat is volgende?

Soos vir ander navorsing programme, dit is nog steeds 'n baie van hulle word bestudeer. Byvoorbeeld, militêre ingenieurswese, wat in ander gebiede toegepas kan word, wat bestaan in die kombinasie van 'n vesel-laserstrale om 'n hoë balk met behulp van die samehangende of spektrale kombinasie te kry. As gevolg hiervan, is meer krag bereik in 'n enkel-mode balk.

Produksie van vesellasers is vinnig groeiende, veral vir die motorbedryf behoeftes. Ook, daar is 'n vervanging van nie-veselagtige vesel toestelle. Bykomend tot die algemene verbetering in koste en prestasie, daar is meer praktiese femtosekonde-lasers en supercontinuum bronne. Vesellasers beset meer nisse en 'n bron van verbetering vir ander vorme van lasers.

Similar articles

 

 

 

 

Trending Now

 

 

 

 

Newest

Copyright © 2018 af.birmiss.com. Theme powered by WordPress.