Daya yang lebih tinggi, pulsa yang lebih pendek, dan kecerahan yang lebih kuat adalah upaya terus-menerus dalam pengembangan teknologi laser. Dalam aplikasi industri laser berdenyut, pulsa pendek dan nilai puncak tinggi mempunyai dampak penting pada efek pemrosesan material. Dibandingkan dengan laser solid-state, laser serat memiliki lebih banyak keunggulan dalam daya rata-rata, namun daya puncaknya sangat terbatas. Untuk waktu yang lama, lebar pulsa laser pulsa serat dibatasi lebih dari ns, dengan nilai puncak kurang dari 15kW, dan standar 100ns 1mJ.
Metode untuk meningkatkan daya puncak pulsa
Dalam urutan pulsa laser yang ditunjukkan pada Gambar 1, daya puncak sama dengan energi pulsa dibagi dengan lebar pulsa. Oleh karena itu, dalam kondisi energi yang sama, memperpendek lebar pulsa dapat meningkatkan daya puncak secara signifikan. Dalam kondisi lebar pulsa yang sama, peningkatan nilai puncak dapat meningkatkan energi pulsa.
Di antara laser pulsa padat yang saat ini ada di pasar industri arus utama, energi laser lebar pulsa nanodetik dapat mencapai tingkat mJ. Dihitung pada energi 1mJ dan lebar pulsa 10ns, daya puncaknya bisa mencapai 100kW. Energi laser pulsa pikodetik adalah sekitar 300μJ. Dihitung pada 10ps, daya puncaknya bisa mencapai 30MW. Energi laser pulsa femtosecond adalah 100μJ dan lebar pulsa 500fs, sehingga daya puncaknya mencapai 200MW. Sebagai perbandingan, daya puncak laser pulsa nanodetik MOPA konvensional adalah sekitar 10kW, jauh lebih rendah dibandingkan indikator laser padat.
Faktor pembatas peningkatan daya puncak pulsa serat
Faktor pembatas utama mencakup lima item: kapasitas beban terbatas, integral B terbatas, efisiensi ekstraksi terbatas, kualitas sinar terbatas, dan keadaan polarisasi terbatas. Pada saat yang sama, berbagai solusi mekanisme fisik yang diberikan termasuk dalam tingkat desain yang berbeda, termasuk: bahan matriks, bidang mode yang ditingkatkan, struktur mode terpandu, dan struktur polarisasi termasuk dalam tingkat desain serat; ekspansi sinar penutup ujung, eksitasi mode, pemfilteran mode termasuk dalam tingkat desain perangkat; mode pemompaan, penyaringan isolasi dan kontrol polarisasi termasuk dalam tingkat desain unit; peningkatan bandwidth, pemilihan lebar pulsa, pemilihan frekuensi pengulangan dan alokasi penguatan termasuk dalam tingkat desain sistem.
Selain lima item di atas, efek termal yang perlu dipertimbangkan dalam laser serat daya tinggi berkelanjutan tidak tercantum di sini, karena daya rata-rata penguat serat daya puncak tinggi yang kami kejar jauh lebih rendah daripada cakupan di mana termal Efeknya bisa memainkan peran penting, sehingga tidak akan dibahas di sini.
Kapasitas beban dibatasi oleh intensitas laser. Mekanisme fisik meliputi kerusakan tubuh dan kerusakan permukaan. Diantaranya, kerusakan permukaan dapat dihindari dengan teknologi end capping, dan kerusakan bodi dibatasi oleh karakteristik bahan matriks serat yang merupakan faktor pembatas batas. Biasanya, ambang batas intensitas cahaya adalah sekitar 4,75kW/μm2. Untuk diameter bidang mode 50μm, ambang batas daya kerusakan yang sesuai mencapai 9,3MW, yang jauh lebih tinggi daripada tingkat daya puncak inti laser serat pulsa saat ini dan lebih tinggi dari daya ambang pemfokusan mandiri. Oleh karena itu, kerusakan tubuh bukanlah masalah yang perlu diperhatikan saat ini.
Efisiensi ekstraksi terutama dibatasi oleh amplifikasi emisi spontan (ASE), distribusi penguatan penguat multi-tahap, dan siklus kerja pulsa dalam panggung. Khususnya dalam kondisi amplifikasi pulsa pendek sub-nanodetik, ASE secara langsung membatasi peningkatan energi pulsa dan daya puncak. Namun, keterbatasan ASE dapat ditekan dengan merancang amplifier multi-tahap secara rasional, mengoptimalkan distribusi penguatan antar-tahap dan metode pemompaan, dan mengurangi komponen ASE yang ditransmisikan ke tahap berikutnya melalui pemfilteran spektral dan pemfilteran akustik-optik. Distribusi penguatan antar tahap yang wajar juga dapat membantu menekan masalah saturasi penguatan pulsa dan memperoleh bentuk gelombang pulsa yang lebih sempurna.
Kualitas sinar dibatasi dan diukur dengan faktor kualitas sinar M2. Untuk mendapatkan keluaran mode dasar, hal utama adalah memastikan operasi mode tunggal atau beberapa mode melalui desain struktur mode pandu gelombang optik. Atas dasar ini, kontrol eksitasi mode selama fusi serat diameter inti yang berbeda dan metode penyaringan mode seperti belitan serat digunakan untuk meningkatkan kualitas berkas. Saat ini, serat optik konvensional yang dapat menjamin keluaran kualitas sinar tinggi adalah 30/250, dan inti serat optik khusus seperti kristal fotonik dapat diperluas hingga sekitar 100μm. Ukuran bidang mode ini masih terlalu kecil dibandingkan dengan ukuran titik laser solid-state industri pada tingkat milimeter. Banyak efek nonlinier yang disebutkan kemudian berkaitan dengan integral B, yang berbanding terbalik dengan luas medan mode.
Keadaan polarisasi dibatasi dan diukur dengan derajat polarisasi. Mekanisme fisiknya terutama merupakan karakteristik polarisasi pandu gelombang serat optik. Dalam serat optik berlapis ganda biasa, cahaya terpolarisasi linier akan terdepolarisasi, dan tingkat depolarisasi sensitif terhadap parameter pembengkokan dan lingkungan, sehingga sulit untuk mempertahankan keluaran keadaan polarisasi yang stabil. Dalam kondisi yang sama, ambang daya puncak cahaya terpolarisasi umumnya setengah dari cahaya non-polarisasi, karena cahaya non-polarisasi dapat diuraikan menjadi dua komponen cahaya non-polarisasi ortogonal.
Efek nonlinier orde ketiga pada serat optik dapat dibagi menjadi dua kategori: satu adalah efek modulasi indeks bias yang disebabkan oleh intensitas cahaya, termasuk modulasi fase mandiri (SPM), modulasi lintas fase (XPM), ketidakstabilan modulasi (MI) , pencampuran empat gelombang (FWM) dan pemfokusan otomatis (SF); yang lainnya adalah efek hamburan cahaya inelastis, yang melibatkan pertukaran energi antara foton dan getaran kisi bahan matriks, termasuk hamburan Brillouin terstimulasi (SBS) dan hamburan Raman terstimulasi (SRS).
Diantaranya, batas tertinggi bergantung pada ambang pemfokusan mandiri, yaitu sekitar 4MW untuk bahan serat optik. Di bawah ambang pemfokusan otomatis, hamburan Raman terstimulasi adalah batasan yang paling penting, karena pergeseran frekuensi spektral cahaya Raman dibandingkan dengan cahaya frekuensi dasar mencapai 60nm. Komponen Raman yang terlalu tinggi akan sangat mempengaruhi fungsi kristal magneto-optik isolator dan juga akan menyebabkan penyimpangan kromatik yang besar pada lensa. Gambar menunjukkan evolusi filamen pemfokusan otomatis yang dihasilkan ketika daya puncak serat optik melebihi ambang batas pemfokusan otomatis.
Alamat kami
B-1507 Ruiding Mansion, No.200 Zhenhua Rd, Distrik Xihu
Nomor telepon
0086 181 5840 0345
info@brandnew-china.com
