Need masinad põhinevad fiiberoptilisel laseril. Seda eristab väga kõrge kiirguskvaliteet ja seadme väikesed mõõtmed. Lisaks on seadmeid lihtne jahutada ega vaja töömahukat hooldust. Kiudlaseriga graveerijaid kasutatakse laialdaselt järgmistes valdkondades:
- suveniiride tootmine;
- autotööstus, meditsiiniseadmete tootmine ja muud tööstused, mis nõuavad osade kvaliteetset korrosioonikindlat märgistamist;
- ehete ja ehete tootmine;
- monumentide ja rituaaltoodete tootmine;
- mööbli ja sisustuselementide kaunistamine.
Kiudlaseriga graveerijatel on CO 2 -masinatega võrreldes veidi kõrgem hind. Kuid seda asjaolu kompenseerivad mitmed sellistel seadmetel olevad eelised:
- suurem efektiivsus, tänu millele on laseril madal energiatarve ja hea võimsus;
- kiudlasergraveerijate töö põhineb dioodide kasutamisel, mida iseloomustab kompaktsus, töökindlus ja vastupidavus;
- üliväike tala suurus täiustamiseks kõrge eraldusvõimega graveerimisel ja võimaldab luua suurepäraste detailidega mikroskoopilisi pilte.
Kuidas valida kiudlaseriga graveerijat
Seadmete ostmisel peate pöörama tähelepanu järgmistele omadustele:
- võimsus. See peab vastama töödeldava materjali tüübile, samuti masina nõutavale jõudlusele;
- graveerimisvälja mõõtmed. Need määravad kindlaks töödeldava detaili maksimaalsed mõõtmed, mida masin saab töödelda;
- funktsionaalsus ja lisavõimaluste olemasolu.
Probleemi uurimine laser lõikamine metallide puhul on vaja alustada laseroperatsiooni füüsikalise aluse arvestamisest. Kuna edasises töös viiakse kõik õhukeste lehtedega materjalide laserlõikamise täpsuse uuringud läbi laserikompleksil, kasutades ytterbium fiiberlaserit, siis kaalume fiiberlaserite disaini.
Laser on seade, mis muundab pumba energia (valgus-, elektri-, soojus-, keemilise jne) koherentse, monokromaatilise, polariseeritud ja kõrgelt sihitud kiirgusvoo energiaks.
Kiudlaserid töötati välja suhteliselt hiljuti, 1980. aastatel. Praegu on teada kiudtehnoloogiliste laserite mudelid võimsusega kuni 20 kW. Nende spektraalne koostis on vahemikus 1 kuni 2 μm. Selliste laserite kasutamine võimaldab pakkuda erinevaid kiirguse ajalisi omadusi.
Viimasel ajal on kiudlaserid hakanud aktiivselt asendama traditsioonilisi lasereid lasertehnoloogia kasutusvaldkondades nagu näiteks metallide laserlõikamine ja keevitamine, markeerimine ja pinnatöötlus, trükkimine ja kiirlasertrükk. Neid kasutatakse laserkaugusmõõturites ja kolmemõõtmelistes lokaatorites, telekommunikatsiooniseadmetes, meditsiiniseadmetes jne.
Kiudlaserite peamised tüübid on pidevlaine ühemoodilised laserid, sealhulgas ühe polarisatsiooniga laserid ja ühe sagedusega laserid; impulsskiudlaserid, mis töötavad Q-lülitus-, režiimiluku- ja juhusliku modulatsiooni režiimides; timmitavad kiudlaserid; superluminestseeruvad kiudlaserid; suure võimsusega pidevad mitmemoodilised kiudlaserid.
Laseri tööpõhimõte põhineb valguse edastamisel fotodioodilt läbi pika kiu. Kiudlaser koosneb pumbamoodulist (tavaliselt lairiba LED-idest või laserdioodidest), valgusjuhist, milles toimub laseri tekitamine, ja resonaatorist. Valgusjuht sisaldab toimeainet (leegitud optiline kiud – erinevalt tavapärastest optilistest lainejuhtidest ilma katteta südamik) ja pumbalainejuhte. Resonaatori konstruktsioon määratakse tavaliselt tehniliste näitajatega, kuid eristada saab enamlevinud klasse: Fabry-Perot tüüpi resonaatorid ja ringresonaatorid. Tööstusseadmetes kombineeritakse väljundvõimsuse suurendamiseks mõnikord mitu laserit ühte paigaldusse. Joonisel fig. Joonisel 1.2 on kujutatud kiudlaserseadme lihtsustatud diagrammi.
Riis. 1.2. Tüüpiline kiudlaseri ahel.
1 - aktiivne kiudaine; 2 - Braggi peeglid; 3 - pumpamisplokk.
Aktiivse optilise kiu peamine materjal on kvarts. Kvartsi suure läbipaistvuse tagavad aatomite energiatasemete küllastunud olekud. Dopinguga sisestatud lisandid muudavad kvartsi absorbeerivaks keskkonnaks. Valides pumba kiirgusvõimsust, on sellises keskkonnas võimalik luua energiatasemete populatsiooni pöördseisund (st kõrge energiatasemega on rohkem täidetud kui maapinnal). Lähtudes resonantssageduse (telekommunikatsiooni infrapuna vahemiku) ja madala läve pumbavõimsuse nõuetest, tehakse doping reeglina lantaniidrühma haruldaste muldmetallide elementidega. Üks levinumaid kiudude liike on laser- ja võimendisüsteemides kasutatav erbium, mille tööpiirkond jääb lainepikkuste vahemikku 1530-1565 nm. Metastabiilse tasandi alamtasanditelt põhitasemele üleminekute erineva tõenäosuse tõttu on genereerimise või võimendamise efektiivsus tööpiirkonna erinevatel lainepikkustel erinev. Haruldaste muldmetallide ioonidega dopingu määr sõltub tavaliselt toodetava aktiivkiu pikkusest. Kuni mitmekümne meetri ulatuses võib see ulatuda kümnetest kuni tuhandete ppm-ni ja kilomeetrite pikkuste puhul - 1 ppm või vähem.
Braggi peeglid – hajutatud Braggi reflektor – on kihiline struktuur, milles materjali murdumisnäitaja muutub perioodiliselt ühes ruumilises suunas (kihtidega risti).
Optiliste lainejuhtide pumpamiseks on erinevaid konstruktsioone, millest levinumad on puhaskiudkonstruktsioonid. Üks võimalus on paigutada aktiivkiud mitme ümbrise sisse, millest välimine on kaitsev (nn topeltkattega kiud). Esimene kest on valmistatud mitmesajamikromeetrise läbimõõduga puhtast kvartsist ja teine polümeermaterjalist, mille murdumisnäitaja on valitud oluliselt madalamaks kui kvartsil. Seega loovad esimene ja teine kattekiht suure ristlõikega ja numbrilise avaga mitmemoodilise lainejuhi, millesse pumba kiirgus käivitatakse. Joonisel fig. Joonisel 1.3 on kujutatud topeltkattega kiududel põhineva laseri pumpamise diagramm.
Riis. 1.3. Topeltkattega kiududel põhineva laseri pumpamisahel.
Kiudlaserite eelisteks on traditsiooniliselt oluline resonaatori pindala ja selle ruumala suhe, mis tagab kvaliteetse jahutuse, räni termilise stabiilsuse ning sarnaste võimsus- ja kvaliteedinõuete klasside seadmete väikesed mõõtmed. Laserikiir tuleb reeglina sisestada optilisse kiudu, et seda hiljem tehnoloogias kasutada. Muu konstruktsiooniga laserite puhul nõuab see spetsiaalseid optilisi kollimatsioonisüsteeme ja muudab seadmed vibratsioonitundlikuks. Kiudlaserites tekib kiirgus otse kius ja sellel on kõrge optiline kvaliteet. Seda tüüpi laseri miinusteks on mittelineaarsete efektide oht, mis on tingitud kiu suurest kiirgustihedusest ja suhteliselt madal väljundenergia impulsi kohta, mis on tingitud toimeaine väikesest mahust.
Kiudlaserid on halvemad kui pooljuhtlaserid rakendustes, kus on vaja suurt polarisatsiooni stabiilsust ja polarisatsiooni säilitavate kiudude kasutamine on erinevatel põhjustel keeruline. Tahkislasereid ei saa asendada kiudlaseritega spektrivahemikus 0,7-1,0 mikronit. Neil on ka suurem potentsiaal impulsi väljundvõimsuse suurendamiseks võrreldes kiudoptilistega. Kuid kiudlaserid toimivad hästi lainepikkustel, kus puuduvad piisavalt head aktiivsed kandjad või peeglid muude laserikujunduste jaoks, ja võimaldavad mõningaid laserdisainilahendusi, näiteks üles teisendamist, hõlpsamini rakendada.
Dioodlasermoodulid DLM-seeria dioodlasermooduleid toodetakse väljundvõimsusega kuni 100 W. Need laserid eristuvad kompaktse disaini, kõrge töökindluse ja kuluefektiivsuse poolest. Need töötavad lainepikkusel umbes 970 nm, nende pistikefektiivsus on 40-45%, on mõeldud juhtivaks või sundõhujahutuseks ning ei vaja kogu kasutusea jooksul ühtegi elementi välja vahetada. Kiirgus väljastatakse 0,1...0,3 mm läbimõõduga painduva optilise kiu kaudu, mis on kaitstud metallkestaga. Moodulite töö hõlbustamiseks võib nähtamatule töökiirgusele lisada väikese võimsusega kiirgust pilootlaserist punases või rohelises vahemikus.
Lasermooduli juhtahel pakub funktsioone väljundkiirguse sisse/välja lülitamiseks, väljundvõimsuse juhtimiseks, mooduli parameetrite jälgimiseks ja pilootlaseri juhtimiseks. Väljundkiirguse lubatud modulatsioonisagedused on kuni 50 kHz. Moodulid saavad toite madalpingeallikatest DC.
Peamised eelised
- Kompaktne disain
- Kiudkiirguse kohaletoimetamine
- Kasutegur kuni 45%
- Juhtivus või õhkjahutus
- Kiirgusmodulatsioon sagedustega kuni 50 kHz
- Kõrge töökindlus ja pikk kasutusiga
- Ei vaja hooldust
Rakendused
- Jootmine
- Plastide keevitamine
- Kuumtöötlus
- Pinna puhastamine
- Meditsiiniseadmed
- Laserpumpamine
- Teaduslikud uuringud
Valikud
- Roheline/punane pilootlaser
Tüüpiline spetsifikatsioon
| Valikud | DLM-5 | DLM-10 | DLM-15 | DLM-30 | DLM-50 | DLM-75 | DLM-100 |
| Töörežiim | Pidev, moduleeriv kuni 50 kHz | ||||||
| Maksimaalne väljundvõimsus | 5 | 10 | 15 | 30 | 50 | 75 | 100 |
| Kiirguse lainepikkus | 970 | ||||||
| Kiudude omadused | |||||||
| Optiline väljund | Paljas otsaga kiud/kaitstud otsapind/optiline pistik | Kaitstud serv/optiline pistik | |||||
| Kiu pikkus, m | kuni 20 m | ||||||
| Töörežiimid | |||||||
| Temperatuuritingimused, °C | 0…+40 | ||||||
| Mõõtmed | |||||||
| Suurus, mm | 130 x 230 x 36,5 | 252 x 220 x 75 | |||||
| Kaal, kg | 3 | 3 | 3 | 5 | 5 | 7 | 8 |
CW Ytterbium laserid
ILM-i seeria ytterbium pidevlaine laserid on mõeldud integreerimiseks lõppkasutaja seadmetesse erinevate rakenduste jaoks ja on mõeldud karmides töötingimustes - kõrge vibratsiooni ja saaste tasemega, õhuniiskusega kuni 90% ja suurte temperatuuride erinevustega. Kompaktsed, hooldusvabad, dioodpumbaga ytterbium fiiberlaserid tekitavad kiirgust spektrivahemikus 1030-1080 nm, mis toimetatakse otse kahjustatud piirkonda kasutades ühemoodilist kiudu kaitsvas metallhülsis. Kliendi soovil saab kiu otsa paigaldada kollimeeriva läätse või optilise konnektori.
Madal energiatarve (kasutegur "pistikupesast" on üle 25-30%), kompaktne disain, reguleeritavate elementide puudumine, õhkjahutus, kõrge töökindlus ja pikk kasutusiga ekstreemsetes töötingimustes annavad ytterbiumkiudlaserite põhilised eelised võrreldes laseritega. muud tüüpi selle spektripiirkonna jaoks. Kiirguse väljundvõimsust saab moduleerida amplituudis kuni 5 kHz sagedusega. ILM-seeria laserid saavad toite 24 V alalisvooluvõrgust.
Peamised eelised
- Väljundvõimsus kuni 120 W
- Tala kvaliteet M2
Valikud
- Lineaarne polarisatsioon
- Kiu pikkus kuni 20 m
Rakendused
- Jootmine
- Mikrokeevitus
- Kuumtöötlus
- Graveerimine
- Meditsiiniseadmed
- Teaduslikud mõõteriistad
Tüüpiline spetsifikatsioon
| Valikud | ILM-1 | ILM-5 | ILM-10 | ILM-20 | ILM-50 | ILM-100 |
| Töörežiim | Pidev, moduleeriv kuni 5 kHz | |||||
| Maksimaalne väljundvõimsus, W | 1 | 5 | 10 | 20 | 50 | 100 |
| Kiirguse lainepikkus, nm | 1030 – 1080 (täpsustada tellimisel) | |||||
| Polarisatsioon | Juhuslik | |||||
| Tala kvaliteet, M2 | 1,05 | |||||
| Töörežiimid | ||||||
| Temperatuuritingimused, °C | 0…+40 | |||||
| Energiatarve, W | 25 | 60 | 90 | 125 | 150 | 240 |
| Kiudude omadused | ||||||
| Optiline väljund | Kollimaator | |||||
| Kiu pikkus, m | 2–20 m | |||||
| Mõõtmed | ||||||
| Suurus, mm | 165 x 70 x 230 | 252 x 75 x 220 | ||||
| Kaal, kg | 3 | 3 | 5 | 7 | 8 | 8 |
CW erbiumlaserid
1,5-mikronilise spektrivahemiku jaoks pakub NTO IRE-Polyus laia valikut seadmeid lasertehnoloogia erinevatesse rakendusvaldkondadesse – telekommunikatsioonist meditsiinini. Selle spektrivahemiku võimendid ja laserid kasutavad erbiumiga legeeritud kvartskiude ja pika tööeaga laserpumba dioode.ELM-seeria erbiumkiudlaserid on ainulaadsed instrumendid, millel on kõik kiudlaserite eelised ja mis töötavad silmale ohutus spektrivahemikus (1530-1620 nm). Tänu oma laiale väljundvõimsuse vahemikule, suurele efektiivsusele, suurele töökindlusele ja paljudele valikuvõimalustele on need laserid parim lahendus mitmesugustele materjalide töötlemise, telekommunikatsiooni, meditsiini ja teaduslike instrumentide probleemidele. Seadmeid juhitakse liidese kaudu, mis võimaldab ELM-i kasutada tehnoloogilise installatsiooni, meditsiini- või teaduskompleksi osana.
Peamised eelised
- Emissiooni lainepikkus 1530–1620 nm
- Kasutegur pistikupesast on üle 10%
- Suurepärane valgusvihu kvaliteet
- Õhk- või vesijahutus
Valikud
- Võimsuse modulatsioon
- Lineaarne polarisatsioon
- Väljundkiu pikkus kuni 20 m
Rakendused
- Materjali töötlemine
- Telekommunikatsioon
- Meditsiiniseadmed
- Keskkonnaseire
- Teaduslikud mõõteriistad
Tüüpiline spetsifikatsioon
| Valikud | ELM-5 | ELM-10 | ELM-20 | ELM-30 | ELM-50 |
| Töörežiim | Pidev | ||||
| Võimsus, W | 5 | 10 | 20 | 30 | 50 |
| Kiirguse lainepikkus, nm | 1550 – 1570 | ||||
| Polarisatsioon | Juhuslik | ||||
| Tala kvaliteet, M2 | 1,05 | 1,05 | 1,05 | 1,05 | 1,05 |
| Töörežiimid | |||||
| Temperatuuritingimused, °C | 0…+40 | ||||
| Energiatarve, W | 50 | 90 | 160 | 240 | 330 |
| Kiudude omadused | |||||
| Optiline väljund | Kollimaator | ||||
| Kiu pikkus, m | 2 | ||||
| Mõõtmed | |||||
| Suurus, mm | 130 x 230 x 70 | 252 x 220 x 75 | |||
| Kaal, kg | 5 | 5 | 8 | 8 | 10 |
CW tuuliumlaserid
NTO IRE-Polyus lõi tuuliumiga aktiveeritud kiududel põhinevad lasersüsteemid spetsiaalselt selleks, et rahuldada suurenenud vajadust suure võimsusega kompaktsete ühemoodiliste kiirgusallikate järele spektrivahemikus 1800–2100 nm sellistes rakendustes nagu materjalide töötlemine ja meditsiin. . Nendel süsteemidel on traditsiooniliste tahkislaserite ees põhimõttelised eelised, kuna need pakuvad suurt võimsust ja väljundkiirguse kvaliteeti, on kõrge efektiivsusega (rohkem kui 5% "pistikupesast"), on kompaktsed ning ei vaja reguleerimist ega hooldust. Kiirgus edastatakse metallkestaga kaitstud ühemoodilise kiu abil. TLM-seeria lasereid on lihtne integreerida erinevatesse kliendikompleksidesse ja süsteemidesse.TLM-seeria tooliumkiudlaserid töötavad pidevas režiimis madalaimas põikrežiimis (M2
Peamised eelised
- Üherežiimiline töörežiim (M2
Valikud
- Lineaarne polarisatsioon
- Väljundkiu pikkus kuni 20 m
Rakendused
- Materjali töötlemine
- Meditsiiniseadmed
- Keskmise infrapuna tahkislaserite ja optiliste parameetriliste ostsillaatorite pumpamine
- Keskkonnaseire
- Teaduslikud mõõteriistad
Tüüpiline spetsifikatsioon
| Valikud | TLM-5 | TLM-10 | TLM-30 |
| Töörežiim | Pidev | ||
| Võimsus, W | 5 | 10 | 30 |
| Kiirguse lainepikkus, nm | 1800-2100 | ||
| Polarisatsioon | Juhuslik | ||
| Kiudude omadused | |||
| Optiline väljund | Kollimaator | ||
| Kiu pikkus, m | 2 — 20 | ||
| Töörežiimid | |||
| Temperatuuritingimused, °C | 0…+40 | ||
| Energiatarve, W | 60 | 120 | 350 |
| Mõõtmed | |||
| Suurus, mm | 130 x 230 x 36,5 | 215 x 95 x 286 | |
| Kaal, kg | 5 | 8 | 10 |
Impulss-ütterbiumlaserid
ILI seeria impulsskiudlaserid annavad impulsskiirgust keskmise võimsusega kuni 50 W ja impulsi kestusega 80 kuni 120 ns. Töömodulatsiooni sagedused on vahemikus 20 kHz kuni 100 kHz. Kiirgus väljastatakse kuni 6 meetri pikkuse kiudoptilise kaabli kaudu. Väljundkollimaator on varustatud optilise isolaatoriga, mis pakub kaitset tagasipeegelduse eest. Keskne genereerimisliin jääb vahemikku 1060-1070 nm. ILI seeria laserid on varustatud väikese võimsusega punase pilootlaseriga.ILI-seeria impulsslasereid iseloomustab madal tarbimine 24 V alalisvooluvõrgust ja neid jahutatakse õhkjahutusega, kasutades sisseehitatud ventilaatoreid.
ILI seeria laserite põhiliseks kasutusvaldkonnaks on lasermärgistamine ja graveerimine. Neid kasutatakse ka täppislõikamiseks, mikrotöötluseks ja laserfreesimiseks.
Peamised eelised:
- Väljundvõimsus kuni 50 W
- Tala kvaliteet M2
Rakendused:
- Graveerimine
- Märgistus
- Mikrotöötlus
- Täpne lõikamine
- Teaduslikud mõõteriistad
Tüüpiline spetsifikatsioon
| Valikud | VÕI-0,5-10 | VÕI-1-20 | VÕI-1-50 |
| Töörežiim | Pulss | ||
| Impulsi energia, mJ | 0,5 | 1 | 1 |
| Kiirguse lainepikkus, nm | 1062 | ||
| Polarisatsioon | Juhuslik | ||
| Keskmine väljundvõimsus, W | 10 | 20 | 50 |
| Impulsi kestus, ns | 90 — 120 | ||
| Tala kvaliteet, M2 | 1,4 | 1,8 | 1,8 |
| Töörežiimid | |||
| Temperatuuritingimused, °C | 0…+40 | ||
| Energiatarve, W | 120 | 150 | 240 |
| Kiudude omadused | |||
| Optiline väljund | Kollimaator sisseehitatud isolaatoriga | ||
| Kiu pikkus, m | 3 | ||
| Mõõtmed | |||
| Suurus, mm | 215 x 95 x 286 | ||
| Kaal, kg | 8 | 9 | 12 |
Kiudlaserid on kompaktsed ja vastupidavad, sihivad täpselt ja hajutavad soojusenergiat kergesti. Need juhtuvad erinevat tüüpi ja millel on palju ühist muud tüüpi optiliste kvantgeneraatoritega, on neil oma ainulaadsed eelised.
Kiudlaserid: tööpõhimõte
Seda tüüpi seadmed on standardse tahke koherentse kiirgusallika variatsioon, mille töövedelik on valmistatud pigem optilisest kiust kui vardast, plaadist või kettast. Valguse tekitab kiu keskosas olev lisand. Põhistruktuur võib ulatuda lihtsast üsna keerukani. Ytterbiumkiudlaseri konstruktsioon on selline, et kiul on suur pinna ja mahu suhe, nii et soojust saab suhteliselt kergesti hajutada.
Kiudlasereid pumbatakse optiliselt, enamasti dioodkvantgeneraatorite, kuid mõnel juhul samade allikate abil. Nendes süsteemides kasutatav optika on tavaliselt kiudkomponendid, millest enamik või kõik on omavahel ühendatud. Mõnel juhul kasutatakse mahulist optikat ja mõnikord kombineeritakse sisemist fiiberoptilist süsteemi välise mahtoptikaga.
Dioodide pumpamise allikaks võib olla diood, maatriks või mitu üksikut dioodi, millest igaüks on ühendatud pistikuga fiiberoptilise valgusjuhi abil. Legeeritud kiu mõlemas otsas on õõnsusresonaatorpeegel – praktikas tehakse kiu sisse Braggi restid. Otstes pole hulgioptikat, välja arvatud juhul, kui väljundkiir on ühendatud millegi muuga peale kiudude. Valgusjuhikut saab keerata nii, et laserõõnsus võib soovi korral olla mitme meetri pikkune.
Kahetuumaline struktuur
Kiudlaserites kasutatava kiu struktuur on oluline. Kõige tavalisem geomeetria on kahetuumaline struktuur. Legeerimata välissüdamik (mida mõnikord nimetatakse ka sisekatteks) kogub pumbatud valguse ja suunab selle piki kiudu. Kius tekkiv stimuleeritud emissioon läbib sisemist südamikku, mis on sageli ühemoodiline. Sisemine südamik sisaldab ytterbium-lisandit, mida stimuleerib pumba valguskiir. Välissüdamikul on palju mitteringikujulisi kujundeid, sealhulgas kuusnurkne, D-kujuline ja ristkülikukujuline, mis vähendab tõenäosust, et valgusvihk ei jõua kesksüdamikuni.
Kiudlaserit saab pumbata otsast või küljelt. Esimesel juhul siseneb kiu otsa valgus ühest või mitmest allikast. Külgpumpamisel juhitakse valgus jaoturisse, mis toidab selle välissüdamikusse. See erineb ribalaserist, kus valgus siseneb teljega risti.
See lahendus nõuab palju disaini arendamist. Märkimisväärset tähelepanu pööratakse pumba valguse sisseviimisele südamikusse, et tekitada populatsiooni inversioon, mis põhjustab sisemises südamikus stimuleeritud emissiooni. Lasersüdamikul võib olla erineva võimendusastmega, olenevalt kiu dopingust ja selle pikkusest. Projekteerimisinsener kohandab neid tegureid vajalike parameetrite saamiseks.
Võib esineda võimsuspiiranguid, eriti kui töötate ühemoodilise kiu sees. Sellel südamikul on väga väike ristlõikepindala ja selle tulemusena läbib seda väga suure intensiivsusega valgus. Samal ajal on mittelineaarne Brillouini hajumine muutumas üha märgatavamaks, piirates väljundvõimsust mitme tuhande vatini. Kui väljund on piisavalt kõrge, võib kiu ots kahjustuda.
Kiudlaserite omadused
Kiu kasutamine töökeskkonnana annab pika interaktsioonipikkuse, mis toimib hästi dioodipumpamisel. Selle geomeetria tulemuseks on kõrge footonite muundamise tõhusus ning tugev ja kompaktne disain, mis välistab diskreetse optika, mis vajab joondamist või joondamist.
Kiudlaserit, mille disain võimaldab sellel olla väga kohandatav, saab kohandada nii paksude metallilehtede keevitamiseks kui ka femtosekundiliste impulsside tootmiseks. Kiudvõimendid pakuvad ühekäigulist võimendust ja neid kasutatakse telekommunikatsioonis, kuna need suudavad korraga võimendada paljusid lainepikkusi. Sama võimendust kasutatakse peaostsillaatoriga võimsusvõimendites. Mõnel juhul võib võimendi töötada pidevlaine laseriga.
Teine näide on kiududega võimendatud spontaansed emissiooniallikad, mille puhul stimuleeritud emissioon on maha surutud. Teine näide on Ramani kiudlaser koos kombineeritud hajumise võimendusega, mis nihutab oluliselt lainepikkust. See on leidnud rakenduse aastal teaduslikud uuringud, kus Ramani genereerimiseks ja võimendamiseks kasutatakse pigem fluoriidklaaskiude kui standardseid kvartskiude.
Kuid reeglina on kiud valmistatud südamikus olevast haruldasest muldmetallist. Peamised lisandid on ütterbium ja erbium. Ytterbiumi lainepikkus on 1030–1080 nm ja see võib kiirata laiemas vahemikus. 940 nm dioodiga pumpamise kasutamine vähendab oluliselt footonite puudujääki. Ytterbiumil puudub ükski isekustuv toime, mis neodüümil suure tiheduse korral on, mistõttu viimast kasutatakse hulgilaserites ja ütterbiumit kiudlaserites (need mõlemad annavad ligikaudu sama lainepikkuse).
Erbium kiirgab vahemikus 1530-1620 nm, mis on silmadele ohutu. Sagedust saab kahekordistada, et tekitada valgust lainepikkusel 780 nm, mis pole muud tüüpi kiudlaserite puhul saadaval. Lõpuks saab erbiumile lisada ütterbiumi nii, et element neelab pumba kiirgust ja kannab selle energia erbiumile. Tuulium on teine infrapuna-lähedase kiirgusega dopant ja on seetõttu silmadele ohutu materjal.
Kõrge efektiivsus
Kiudlaser on peaaegu kolmetasandiline süsteem. Pumba footon ergastab üleminekut põhiolekust ülemisele tasemele. Laseri üleminek on üleminek ülemise taseme madalaimast osast ühte jagatud põhiolekusse. See on väga tõhus: näiteks 940 nm pumbafootoniga ütterbium kiirgab footoni lainepikkusega 1030 nm ja kvantdefektiga (energiakadu) vaid umbes 9%.
Seevastu 808 nm juures pumbatud neodüüm kaotab umbes 24% oma energiast. Seega on ütterbiumil oma olemuselt suurem efektiivsus, kuigi mitte kõik see pole mõne footoni kadumise tõttu saavutatav. Yb saab pumbata mitmes sagedusribas ja erbiumi saab pumbata kas 1480 või 980 nm juures. Rohkem kõrge sagedusega mitte nii tõhus footondefektide osas, kuid kasulik isegi siis, sest paremad allikad on saadaval 980 nm juures.
Üldiselt on kiudlaseri efektiivsus kaheetapilise protsessi tulemus. Esiteks on see pumba dioodi efektiivsus. Pooljuhtide koherentsed kiirgusallikad on väga tõhusad, 50% efektiivsusega elektrisignaali muundamisel optiliseks. Laboratoorsed tulemused näitavad, et on võimalik saavutada väärtus 70% või rohkem. Kui väljundkiirgus langeb täpselt kokku kiudlaseri neeldumisjoonega, saavutatakse pumba kõrge efektiivsus.
Teiseks on see optilis-optilise muundamise efektiivsus. Väikese footoni defektiga on võimalik saavutada kõrge ergastuse ja ekstraheerimise efektiivsus optilise-optilise muundamise efektiivsusega 60-70%. Saadud efektiivsus jääb vahemikku 25-35%.
Erinevad konfiguratsioonid
CW kiudoptilised kvantgeneraatorid võivad olla ühemoodilised või mitmemoodilised (ristrežiimide jaoks). Üherežiimiline režiim toodab kvaliteetset kiirt materjalidele, mis töötavad või saadavad kiirt läbi atmosfääri, samas kui mitmerežiimilised tööstuslikud kiudlaserid võivad genereerida suuremat võimsust. Seda kasutatakse lõikamiseks ja keevitamiseks ning eriti kuumtöötlemiseks, kus valgustatakse suur ala.
Pikaimpulss-kiudlaser on sisuliselt kvaasipideva laine seade, mis tavaliselt toodab millisekundite impulsse. Tavaliselt on selle töötsükkel 10%. Selle tulemuseks on suurem tippvõimsus kui pidevas režiimis (tavaliselt kümme korda rohkem), mida kasutatakse näiteks impulsspuurimisel. Sagedus võib ulatuda 500 Hz-ni, olenevalt kestusest.
Q-lülitus kiudlaserites toimib samamoodi nagu mahtlaserites. Tüüpilised impulsside kestused ulatuvad nanosekunditest mikrosekunditeni. Mida pikem on kiud, seda kauem kulub väljundi Q-lülitamiseks, mille tulemuseks on pikem impulss.
Kiu omadused seavad Q-lülitamisele teatud piirangud. Kiudlaseri mittelineaarsus on olulisem südamiku väikese ristlõikepinna tõttu, seega peab tippvõimsus olema mõnevõrra piiratud. Võite kasutada kas mahulisi Q-lüliteid, mis annavad rohkem kõrge jõudlus, või kiudmodulaatorid, mis on ühendatud aktiivse osa otstega.
Q-lülitatud impulsse saab võimendada kius või õõnsusresonaatoris. Viimase näite võib leida riiklikust tuumasimulatsioonikeskusest (NIF, Livermore, California), kus ytterbiumkiudlaser on 192 kiire põhiostsillaator. Väikesed impulsid suurtes legeeritud klaasist plaatides võimendatakse megadžaulideks.
Fiiberlaserite puhul sõltub kordussagedus võimendusmaterjali pikkusest, nagu ka teistes režiimilukuga skeemides, ja impulsi kestus sõltub ribalaius kasu. Lühimad on vahemikus 50 fs ja kõige tüüpilisemad 100 fs vahemikus.
Erbiumi ja ütterbiumi kiudude vahel on oluline erinevus, mistõttu nad töötavad erinevates dispersioonirežiimides. Erbiumiga legeeritud kiud kiirgavad 1550 nm juures anomaalses dispersiooni piirkonnas. See võimaldab toota solitoneid. Ütterbiumi kiud asuvad positiivse või normaalse dispersiooni piirkonnas; selle tulemusena genereerivad nad selgelt väljendunud lineaarse modulatsioonisagedusega impulsse. Selle tulemusena võib impulsi pikkuse kokkusurumiseks vaja minna Braggi võre.
Kiudlaseri impulsside muutmiseks on mitu võimalust, eriti ülikiirete pikosekundiliste uuringute jaoks. Fotoonilised kristallkiud võivad olla valmistatud väga väikeste südamikega, et tekitada tugevaid mittelineaarseid efekte, näiteks superkontiinumi tekitamist. Seevastu fotoonkristalle saab valmistada ka väga suurte ühemoodiliste südamikega, et vältida mittelineaarseid efekte suure võimsusega.
Suurt võimsust nõudvate rakenduste jaoks luuakse paindlikud suure südamikuga fotoonilised kristallkiud. Üks tehnika on sellise kiu tahtlik painutamine, et kõrvaldada kõik soovimatud kõrgema järgu režiimid, jättes alles ainult põhilise põikrežiimi. Mittelineaarsus loob harmoonilisi; Sagedusi lahutades ja liites saab luua lühemaid ja pikemaid laineid. Mittelineaarsed efektid võivad tekitada ka impulsi tihendamist, mille tulemuseks on sageduse kammid.
Superkontiinumi allikana tekitavad väga lühikesed impulsid isefaasimodulatsiooni kaudu laia pideva spektri. Näiteks ütterbiumkiudlaseriga 1050 nm juures saadud esialgsetest 6 ps impulssidest saadakse spekter, mis ulatub ultraviolettkiirgusest kuni üle 1600 nm. Veel üks superkontinuum IR allikas pumbatakse erbiumi allikaga 1550 nm juures.
Suur jõud
Tööstus on praegu suurim kiudlaserite tarbija. Autotööstuses kasutatava kilovati võimsuse järele on praegu suur nõudlus. Autotööstus liigub sõidukite valmistamise suunas kõrgtugevast terasest, et need vastaksid vastupidavusnõuetele ja oleksid parema kütusesäästu tagamiseks suhteliselt kerged. Näiteks tavapärastel masinatel on seda tüüpi terasesse väga raske auke teha, kuid koherentsed kiirgusallikad teevad selle lihtsaks.
Kiudlaseriga metallide lõikamisel on võrreldes teist tüüpi kvantgeneraatoritega mitmeid eeliseid. Näiteks neelavad metallid hästi infrapuna-lähedasi lainepikkusi. Kiirt saab edastada piki kiudu, võimaldades robotil lõikamisel ja puurimisel fookust hõlpsalt liigutada.
Optiline kiud vastab kõrgeimatele võimsusnõuetele. 2014. aastal testitud USA mereväe relv koosneb 6-kiulistest 5,5 kW laseritest, mis on ühendatud üheks kiireks ja kiirgavad läbi kujundava optilise süsteemi. Hävitamiseks kasutati 33 kW agregaati. Kuigi kiir ei ole ühemoodiline, on süsteem huvitav, kuna võimaldab standardsetest hõlpsasti kättesaadavatest komponentidest ise fiiberlaserit luua.
IPG Photonicsi suurima võimsusega ühemoodiline koherentne kiirgusallikas on 10 kW. Peaostsillaator toodab kilovatti optilist võimsust, mis juhitakse võimendi astmesse, pumbatakse 1018 nm juures teiste fiiberopsarite valgusega. Kogu süsteem on kahe külmiku suurune.
Kiudlaserite kasutamine on laienenud ka suure võimsusega lõikamisele ja keevitamisele. Näiteks asendasid need teraspleki takistuskeevituse, lahendades materjali deformatsiooni probleemi. Võimsuse ja muude parameetrite juhtimine võimaldab väga täpselt lõigata kurve, eriti nurki.
Võimsaim mitmemoodiline kiudlaser - sama tootja metallilõikuspink - ulatub 100 kW-ni. Süsteem põhineb ebaühtlase tala kombinatsioonil, seega pole tegemist ülikvaliteetse talaga. See vastupidavus muudab kiudlaserid tööstusele atraktiivseks.
Betooni puurimine
4kW mitmemoodilist kiudlaserit saab kasutada betooni lõikamiseks ja puurimiseks. Miks see vajalik on? Kui insenerid püüavad olemasolevates hoonetes maavärinakindlust saavutada, peavad nad betooniga olema väga ettevaatlikud. Paigaldades näiteks terasarmatuuri, võib tavaline löökpuurimine tekitada pragusid ja betooni nõrgendada, kiudlaserid aga lõikavad seda purustamata.
Q-lülitusega kiududega kvantgeneraatoreid kasutatakse näiteks märgistamiseks või pooljuhtelektroonika tootmisel. Neid kasutatakse ka kaugusmõõturites: käesuurused moodulid sisaldavad silmale ohutuid kiudlasereid, mille võimsus on 4 kW, sagedus 50 kHz ja impulsi kestus 5-15 ns.
Pinnatöötlus
Suur huvi on mikro- ja nanotöötluseks mõeldud väikeste kiudlaserite vastu. Pinnakihi eemaldamisel, kui impulsi kestus on lühem kui 35 ps, ei esine materjali pritsimist. See välistab depressioonide ja muude soovimatute esemete tekke. Femtosekundilised impulsid tekitavad mittelineaarseid efekte, mis ei ole lainepikkuse suhtes tundlikud ega soojenda ümbritsevat ala, võimaldades töötada ilma ümbritsevaid alasid oluliselt kahjustamata või nõrgendamata. Lisaks saab auke lõigata suure sügavuse ja laiuse suhtega – näiteks kiiresti (millisekundite jooksul) tehes 1 mm roostevabast terasest väikesed augud, kasutades 800 fs impulsse sagedusel 1 MHz.
Pinnatöötlust on võimalik teha ka läbipaistvatele materjalidele, näiteks inimese silmadele. Silma mikrokirurgia klapi lõikamiseks fokusseeritakse femtosekundilised impulsid suure avaga läätse abil silma pinnast allpool asuvas punktis, mis ei kahjusta pinda, kuid hävitab kontrollitud sügavusel silma materjali. Sarvkesta sile pind, mis on nägemiseks oluline, jääb puutumata ja kahjustamata. Altpoolt eraldatud klapi saab seejärel pindmise eksimerlaseriga läätse moodustamiseks üles tõsta. Muud meditsiinilised rakendused hõlmavad madala läbitungimisega kirurgiat dermatoloogias, samuti kasutamist teatud tüüpi optilise koherentsustomograafia puhul.
Femtosekundilised laserid
Femtosekundiseid kvantgeneraatoreid kasutatakse teaduses laseri purunemise ergastusspektroskoopias, ajalahutusega fluorestsentsspektroskoopias ja üldistes materjalide uurimisel. Lisaks on neid vaja metroloogias ja ülduuringutes vajalike femtosekundiliste sagedusega kammide tootmiseks. Lühiajalises perspektiivis on üheks praktiliseks rakenduseks järgmise põlvkonna GPS-satelliitide aatomkellad, mis parandavad asukoha määramise täpsust.
Ühe sagedusega kiudlaserit toodetakse spektraalse joonelaiusega alla 1 kHz. See on muljetavaldavalt väike seade, mille kiirgusvõimsus on vahemikus 10 mW kuni 1 W. Leiab rakendusi sides, metroloogias (nt fiibergüroskoobid) ja spektroskoopias.
Mis saab edasi?
Mis puudutab muid uurimisrakendusi, siis uuritakse palju rohkem. Näiteks on sõjaline arendus, mida saab rakendada ka muudes valdkondades, kombineerida kiudlaserkiirt, et saada ühtne kvaliteetne kiir, kasutades koherentset või spektraalset kombinatsiooni. Selle tulemusena saavutatakse ühemoodilises valgusvihus suur võimsus.
Kiudlaserite tootmine kasvab kiiresti, eriti autotööstuses kasutatavate rakenduste jaoks. Ka mittekiudseadmed asendatakse kiudoptiliste vastu. Lisaks üldistele kulude ja jõudluse paranemisele on esile kerkimas üha praktilisemad femtosekundi kvantgeneraatorid ja superkontiinumi allikad. Kiudlaserid hõivavad üha rohkem nišše ja on muutumas muud tüüpi laserite täiustamise allikaks.
Optimeerides ühemoodilise optilise kiu kiudlaserites kasutamiseks, on saavutatud väga skaleeritav väljundvõimsus 4,3 kW ja välja selgitatud edasised uurimissuunad ülikiirete laserrakenduste jaoks.
Üks neist praegused probleemid Lasertehnoloogiate areng on fiiberlaserite võimsuse suurendamine, mis on juba “võitnud” turuosa suure võimsusega CO 2 laseritelt, aga ka mahuliste tahkislaseritega. Praegu pööravad suuremad kiudlaserite tootjad suurt tähelepanu uute rakenduste väljatöötamisele, kaaludes tulevikus turu edasist vallutamist. Turul leiduvatest suure võimsusega laseritest on üherežiimilistel süsteemidel mitmeid funktsioone, mis muudavad need kõige nõutumaks – neil on suurim väljundi heledus ja neid saab teravustada mõne mikronini, muutes need sobivamaks -kontaktmaterjali töötlemine. Selliste süsteemide tootmine on üsna keeruline. IPG Photonics (Oxford, MA) on teinud ettepaneku 10 kW ühemoodilise süsteemi väljatöötamiseks, kuid teave kiirte omaduste kohta ei ole kättesaadav ja andmeid, eriti mis tahes võimalike mitmerežiimiliste komponentide kohta, mis võivad eksisteerida ühemoodilise signaaliga, pole esitatud. .
Saksa teadlased Friedrich Schilleri ülikoolist ja Fraunhoferi rakendusoptika ja täppistehnika instituudist analüüsisid Saksamaa valitsuse rahalisel toel ning koostöös TRUMPF-i, Active Fiber Systemsi ja Jenoptikuga, Leibnizi fotoonilise tehnoloogia instituudiga, mastaabiprobleeme. selliseid lasereid ja töötati välja uued kiud, et ületada võimsuspiirangud. Meeskond lõpetas edukalt katseseeria, näidates 4,3 kW ühemoodilist väljundit, mille puhul kiudlaseri väljundvõimsust piiras ainult pumba signaali võimsus.
Ühemoodilise kiudlaseri kiirgusvõimsust piiravad tegurid
Peamised ülesanded, mis nõuavad hoolikat uurimist, on järgmised: a) täiustatud pumpamine; b) väikeste optiliste kadudega aktiivkiu arendamine, mis töötab ainult ühemoodilises režiimis; c) vastuvõetud kiirguse täpsem mõõtmine. Eeldades, et täiustatud pumpamise probleemi saab lahendada ülierksate laserdioodide ja sobivate pumba kohaletoimetamise meetodite abil, käsitleme seetõttu käesolevas artiklis üksikasjalikumalt kahte teist.
Suure võimsusega ühemoodilise töö jaoks mõeldud aktiivkiu väljatöötamise osana valiti kaks optimeerimisparameetrite komplekti: doping ja geomeetria. Kõik parameetrid peavad olema selgelt määratletud, et saavutada minimaalne kadu, üherežiimiline töö ja võimas võimendus. Ideaalne kiudvõimendi peaks tagama kõrge, üle 90-protsendilise konversiooniefektiivsuse, suurepärase kiire kvaliteedi ja väljundvõimsuse, mida piirab ainult saadaolev pumba võimsus. Ühemoodilise süsteemi täiendamine suurema võimsusega võib aga kaasa tuua suurema võimsustiheduse kiu enda südamikus, suurema termilise koormuse ja mitmesuguseid mittelineaarseid optilisi efekte, nagu stimuleeritud Ramani hajumine (SRS) ja stimuleeritud Brillouini hajumine (SBS). ).
Põikrežiime saab täiustada sõltuvalt kiu aktiivse tsooni suurusest. Mida väiksem on kiu aktiivne ristlõige, seda väiksem on selliste režiimide arv – antud kiu ja katte ristlõigete suhte korral. Väiksem läbimõõt määrab aga ka suurema võimsustiheduse ning näiteks kiu painutamisel lisanduvad ka kaod suuremate režiimide puhul. Siiski, millal suur läbimõõt kiudude südamikud ja muud kiirgusrežiimid võivad tekkida termilise pinge all. Sellised režiimid on võimendamise ajal üksteisega vastasmõjus ja seega ka ilma optimaalsed tingimused levimise korral võib väljundkiirguse profiil muutuda ruumiliselt või ajaliselt ebastabiilseks.
Põikrežiimi ebastabiilsus
Ytterbium (Yb) legeeritud kiud on tüüpiline töökeskkond suure võimsusega ühemoodiliste kiudlaserite jaoks, kuid teatud läve ületamisel on neil täiesti uus efekt - nn põikrežiimi ebastabiilsuse (TMI) efekt. Teatud võimsustasemel võivad ootamatult ilmuda kõrgemad režiimid või isegi kestarežiimid. Energia jaotub nende vahel dünaamiliselt ümber ja kiire kvaliteet halveneb. Väljundis ilmneb kiirguse kõikumine (kiir hakkab võnkuma). TMI efekti täheldati aastal mitmesugused kujundused kiud – astmeindeksi kiududest fotooniliste kristallkiududeni. Selle läviväärtus sõltub geomeetriast ja dopingust, kuid ligikaudne hinnang viitab sellele, et see mõju ilmneb väljundvõimsustel, mis on suuremad kui 1 kW. Uuringu käigus selgus TMI sõltuvus fototumenemisest ja selle seos kiu sees olevate termiliste mõjudega. Veelgi enam, kiudlaserite vastuvõtlikkus TMI-le sõltub ka modaalsest südamiku sisaldusest.
Sammuindeksi kiudude geomeetria võimaldab optimeerimist. Pumpamiseks saab valida: kiu läbimõõt, pumba kiudkatte suurus ja muud kiu ja katte murdumisnäitajad. Kõik need häälestusparameetrid sõltuvad lisandi kontsentratsioonist, st Yb ioonide kontsentratsiooni saab kasutada pumba kiirguse neeldumispiirkonna pikkuse reguleerimiseks aktiivses kius. Termoefektide vähendamiseks ja murdumisnäitaja kontrollimiseks võib kiule lisada muid lisaaineid. Siiski on mõningaid vastuolusid. Mittelineaarsete mõjude vähendamiseks peab kiud olema lühem ja termilise koormuse vähendamiseks pikem. Fototumenemine on proportsionaalne lisandi kontsentratsiooniga, nii et pikemad kiud, mille sisaldus on madalam, on kindlasti paremad. Mõne parameetri kohta saab aimu katse käigus. Näiteks termilist käitumist saab modelleerida, kuid seda on üsna raske ennustada, kuna fototumenemine on definitsiooni järgi väike ja seda ei saa kiirendatud testides füüsiliselt mõõta. Seetõttu võivad kiudude termilise käitumise otsesed mõõtmised olla katse kavandamisel kasulikud. Tüüpilise aktiivkiu võrdluseks on näidatud mõõdetud soojuskoormus (tuletatud kiudvõimendis samaaegselt jaotatud temperatuurimõõtmistest) ja simuleeritud soojuskoormus (joonis 1).
Joonis 1. Mõõdetud aktiivkiu termiline koormus võrreldes simuleeritud koormusega koos lisakadudega ja ilma
Teine oluline kiu disaini parameeter on piirlainepikkus, mis on pikim lainepikkus, mis suurendab kiu režiimide arvu. Rohkem kui see režiimi lainepikkus tipptase ei toetata.
Uute kiudude katsetamine kilovativõimsusel
Katse käigus uuriti kahte tüüpi Yb-legeeritud kiude. Kiud nr 1 südamiku läbimõõduga 30 mikronit koos täiendava fosfori ja alumiiniumiga dopinguga. Kiud nr 2, väiksema läbimõõduga 23 mikronit, oli vähem legeeritud, kuid sisaldas rohkem ütterbiumi, et saavutada suurem profiilikoefitsient võrreldes kiuga nr 1 (tabel 1).
Tabel 1. Testitud kiudude parameetrid
Arvutatud piirlainepikkus on vastavalt kiudude 1 ja 2 puhul ligikaudu 1275 nm ja 1100 nm. See on palju lähemal ühemoodilisele emissioonile kui tüüpiline 20 µm südamiku läbimõõduga 0, 06 numbrilise apertuuriga (NA) kiud, mille lainepikkus on ~ 1450 nm. Võimendatud laseri lainepikkuse keskpunkt oli lõpuks 1067 nm.
Mõlemat kiudu testiti suure võimsusega pumpamisahelas (joonis 2). Pumba dioodlaser ja algsignaal ühendati vabas ruumis keevitatud otste ja pistikutega kiuks, mida pesti jahutamiseks veega. Kiirgusallikaks oli faasimoduleeritud välisõõnesdioodlaser (ECDL), mille signaali eelvõimendusega saavutati kuni 10 W sisendsignaali võimsus lainepikkusel 1067 nm ja spektraallaius 180 μm.
Joonis 2. Suure võimsusega võimendi eksperimentaalne seadistus, mida kasutati kiudvõimendi testis, kus kiudu pumbati lainepikkusel 976 nm vastulevi suunas.
Esimese kiu testimise ajal täheldati äkilisi kõikumisi millisekundi skaalal 2,8 kW läve juures, mida võib seostada TMI-ga. Teine 30 m kiud, sama lainepikkuse ja spektraallaiusega, pumbati väljundvõimsusele 3,5 kW, mida piiras pigem SBS kui TMI.
Kolmandas katses muudeti emitteri laseri spektrit, et suurendada kiudude SBS läve, laiendades spektrit (kõrgem kui eelmises katses). Sel eesmärgil ühendati esimesega teine dioodlaser, mille kesklainepikkus oli 300 μm. See häire põhjustas ajalisi kõikumisi, mis võimaldasid signaali võimsust autofaasi modulatsiooni tõttu suurendada. Sama peavõimendiga nagu varem saadi 90% efektiivsuse juures väga sarnased väljundvõimsuse väärtused, kuid ilma TMIta sai neid tõsta vaid 4,3 kW-ni (tabel 2).
Tabel 2. Kiudainete testi tulemus
Mõõtmisülesanded
Suure võimsusega kiudlaseri kõigi parameetrite mõõtmine on üks peamisi ülesandeid ja nende lahendamiseks on vaja spetsiaalseid seadmeid. Kiudude täieliku iseloomustuse saamiseks määrati lisandi kontsentratsioon, murdumisnäitaja profiilid ja kiudude südamiku sumbumine. Näiteks südamiku kadude mõõtmine erinevate paindediameetrite korral on oluline parameeter korrelatsiooniks TMI lävega.
Joonis 3. a) Fotodioodi intensiivsuse jälg väljundsignaali testimisel kiu 1 abil, TMI läve all ja üle selle. b) Fotodioodi jälgede normaliseeritud standardhälve erinevatel väljundvõimsustel
Kiudvõimendi testimise ajal määratakse TMI lävi fotodioodi abil, puudutades väikest osa võimsusest. Võimsuse kõikumiste algus osutus üsna teravaks ja oluliseks (joonis 3), signaalimuutus oli eriti oluline fiiber 1 testimisel, kuid kiu 2 testimisel kuni võimsustasemeni 4,3 kW seda ei tuvastatud. Vastav seos on näidatud joonisel 4a.
Joonis 4. a) Fiber 2 kasuteguri kalle kuni 4,3 kW väljundvõimsuseni. b) Optiline spekter väljundvõimsusega 3,5 kW, väljundi ja ASE suhtega 75 dB. 180 µm spektraallaius 4,3 kW väljundvõimsusega laiendatud ribalaiusele 7 nm
Kiirte kvaliteedi mõõtmine on kiudlaseriga iseloomustamise kõige keerulisem osa ja väärib eraldi arutelu. Lühidalt öeldes on mittetermiline sumbumine võtmetähtsusega ja seda saab saavutada Fresneli peegelduste või väikese kadudega optika abil. Selles ülevaates esitatud katsetes viidi sumbumine sisse, kasutades kiilplaate ja impulsspumpamist ajaskaalal, mis ületas TMI algusaega.
Rakendused kiires tempos teaduses
Pärast kümneaastast tuulevaikust näib uue põlvkonna võimsate ühemoodiliste, suurepärase kiire kvaliteediga kilovattlaserite väljatöötamine täiesti võimalik. Juba on saavutatud 4,3 kW väljundvõimsus, mida piirab ainult pumba võimsus, peamised piirangud edasisel arenguteel on välja selgitatud ja võimalused nende ületamiseks on selged.
Ühe kiu puhul on ülikiirete laserimpulssidega võimendatud võimsused juba saavutatud peaaegu 1 kW, seega on võimsuse suurendamine 5 kW-ni täiesti võimalik tehnikate kombinatsiooni abil. Samal ajal kui süsteeme arendatakse sellistele uurimiskeskustele nagu ELI (Praha, Tšehhi Vabariik), on usaldusväärsete optiliste signaalide edastussüsteemide edasiarendamine tööstussüsteemide jaoks endiselt väljakutseks.
Tehtud töö on toonud esile mitmeid huvitavaid väljavaateid. Ühest küljest on see tulemuste ülekandmine tootmisse, hoolimata asjaolust, et selles suunas on vaja veel palju pingutada, ja teisest küljest on tehnoloogia äärmiselt oluline teiste fiiberoptiliste lasersüsteemide parameetrite suurendamiseks, näiteks femtosekundiliste kiudvõimendite jaoks.
Põhineb saidi http://www.lightwaveonline.com materjalidel