พลังงานที่สูงกว่า พัลส์ที่สั้นลง และความสว่างที่มากขึ้นคือการพัฒนาเทคโนโลยีเลเซอร์อย่างต่อเนื่อง ในการใช้งานในอุตสาหกรรมของเลเซอร์พัลซิ่ง พัลส์สั้นและค่าพีคสูงมีผลกระทบสำคัญต่อผลการประมวลผลวัสดุ เมื่อเปรียบเทียบกับเลเซอร์โซลิดสเตต ไฟเบอร์เลเซอร์มีข้อได้เปรียบในด้านกำลังเฉลี่ยมากกว่า แต่มีข้อจำกัดอย่างมากในด้านกำลังไฟฟ้าสูงสุด เป็นเวลานานแล้วที่ความกว้างพัลส์ของไฟเบอร์พัลส์เลเซอร์ถูกจำกัดไว้ที่มากกว่า ns โดยมีค่าสูงสุดน้อยกว่า 15kW และมาตรฐานที่ 100ns 1mJ
วิธีการเพิ่มกำลังสูงสุดของพัลส์
ในลำดับพัลส์เลเซอร์ที่แสดงในรูปที่ 1 กำลังพีคจะเท่ากับพลังงานพัลส์หารด้วยความกว้างพัลส์ ดังนั้นภายใต้สภาวะพลังงานเดียวกัน การลดความกว้างของพัลส์ลงจะช่วยเพิ่มกำลังไฟฟ้าสูงสุดได้อย่างมาก ภายใต้เงื่อนไขความกว้างพัลส์เดียวกัน การเพิ่มค่าสูงสุดจะสามารถเพิ่มพลังงานพัลส์ได้
ในบรรดาเลเซอร์พัลส์โซลิดที่อยู่ในตลาดอุตสาหกรรมหลักในปัจจุบัน พลังงานของเลเซอร์ความกว้างพัลส์นาโนวินาทีสามารถเข้าถึงระดับ mJ เมื่อคำนวณที่พลังงาน 1mJ และความกว้างพัลส์ 10ns กำลังไฟฟ้าสูงสุดจะสูงถึง 100kW พลังงานของเลเซอร์พัลส์พิโควินาทีอยู่ที่ประมาณ 300μJ เมื่อคำนวณที่ 10ps กำลังไฟฟ้าสูงสุดจะสูงถึง 30MW พลังงานของเลเซอร์พัลส์เฟมโตวินาทีคือ 100μJ และความกว้างของพัลส์คือ 500fs ดังนั้นกำลังสูงสุดจึงสูงถึง 200MW ในการเปรียบเทียบ กำลังสูงสุดของเลเซอร์พัลส์นาโนวินาที MOPA ทั่วไปอยู่ที่ประมาณ 10kW ซึ่งต่ำกว่าตัวบ่งชี้ของเลเซอร์โซลิดมาก
ปัจจัยจำกัดในการเพิ่มกำลังสูงสุดของพัลส์ไฟเบอร์
ปัจจัยจำกัดหลักประกอบด้วยห้ารายการ ได้แก่ ความสามารถในการรับน้ำหนักที่จำกัด อินทิกรัล B ที่จำกัด ประสิทธิภาพในการสกัดที่จำกัด คุณภาพลำแสงที่จำกัด และสถานะโพลาไรเซชันที่จำกัด ในเวลาเดียวกัน โซลูชันกลไกทางกายภาพต่างๆ ที่มอบให้อยู่ในระดับการออกแบบที่แตกต่างกัน รวมถึง: วัสดุเมทริกซ์ ฟิลด์โหมดที่เพิ่มขึ้น โครงสร้างโหมดนำทาง และโครงสร้างโพลาไรซ์เป็นของระดับการออกแบบไฟเบอร์ การขยายลำแสงฝาท้าย, การกระตุ้นโหมด, การกรองโหมดอยู่ในระดับการออกแบบอุปกรณ์ โหมดการสูบน้ำ การกรองแบบแยก และการควบคุมโพลาไรเซชันอยู่ในระดับการออกแบบยูนิต แบนด์วิธที่เพิ่มขึ้น การเลือกความกว้างพัลส์ การเลือกความถี่การทำซ้ำ และการจัดสรรกำไรให้อยู่ในระดับการออกแบบระบบ
นอกเหนือจากห้ารายการข้างต้นแล้ว ผลกระทบด้านความร้อนที่ต้องพิจารณาในเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงแบบต่อเนื่องไม่ได้ระบุไว้ที่นี่ เนื่องจากกำลังเฉลี่ยของเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์กำลังสูงสุดระดับสูงที่เราติดตามนั้นต่ำกว่าขอบเขตที่ความร้อนมาก ผลกระทบสามารถมีบทบาทสำคัญได้ ดังนั้นจะไม่กล่าวถึงในที่นี้
ความสามารถในการรับน้ำหนักถูกจำกัดโดยความเข้มของเลเซอร์ กลไกทางกายภาพรวมถึงความเสียหายของร่างกายและความเสียหายที่พื้นผิว ในหมู่พวกเขา ความเสียหายที่พื้นผิวสามารถหลีกเลี่ยงได้ด้วยเทคโนโลยีการปิดฝาท้าย และความเสียหายของร่างกายถูกจำกัดโดยลักษณะของวัสดุไฟเบอร์เมทริกซ์ ซึ่งเป็นปัจจัยจำกัดขีดจำกัด โดยทั่วไป เกณฑ์ความเข้มของแสงจะอยู่ที่ประมาณ 4.75kW/μm2 สำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางสนามของโหมดที่ 50μm ขีดจำกัดพลังงานความเสียหายที่สอดคล้องกันจะสูงถึง 9.3MW ซึ่งสูงกว่าระดับพลังงานสูงสุดในปัจจุบันของแกนเลเซอร์ไฟเบอร์พัลส์ และสูงกว่าพลังงานขีดจำกัดการโฟกัสในตัวเองมาก ดังนั้นความเสียหายของร่างกายจึงไม่ใช่ปัญหาที่ต้องคำนึงถึงในปัจจุบัน
ประสิทธิภาพการสกัดส่วนใหญ่ถูกจำกัดโดยการขยายการปล่อยก๊าซธรรมชาติ (ASE) การกระจายเกนของแอมพลิฟายเออร์แบบหลายสเตจ และรอบการทำงานของพัลส์ภายในสเตจ โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะของการขยายพัลส์สั้นที่ต่ำกว่านาโนวินาที ASE จะจำกัดการเพิ่มขึ้นของพลังงานพัลส์และกำลังสูงสุดโดยตรง อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดของ ASE สามารถถูกระงับได้โดยการออกแบบแอมพลิฟายเออร์แบบหลายสเตจอย่างมีเหตุผล การปรับการกระจายเกนและวิธีการปั๊มระหว่างสเตจให้เหมาะสม และลดส่วนประกอบ ASE ที่ส่งไปยังสเตจถัดไปโดยการกรองสเปกตรัมและการกรองอะคูสติกออปติก การกระจายเกนระหว่างขั้นตอนที่เหมาะสมยังสามารถช่วยลดปัญหาความอิ่มตัวของพัลส์และได้รับรูปคลื่นพัลส์ที่สมบูรณ์แบบมากขึ้น
คุณภาพลำแสงถูกจำกัดและวัดโดยปัจจัยคุณภาพลำแสง M2 เพื่อให้ได้เอาต์พุตโหมดพื้นฐาน สิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่าการทำงานในโหมดเดียวหรือโหมดไม่กี่โหมดผ่านการออกแบบโครงสร้างโหมดท่อนำคลื่นแสง บนพื้นฐานนี้ การควบคุมโหมดการกระตุ้นระหว่างการหลอมรวมของเส้นใยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนที่แตกต่างกันและวิธีการกรองโหมด เช่น การม้วนเส้นใย ถูกนำมาใช้เพื่อปรับปรุงคุณภาพของลำแสง ปัจจุบัน ใยแก้วนำแสงแบบธรรมดาที่รับประกันเอาต์พุตคุณภาพลำแสงสูงได้คือ 30/250 และแกนกลางของเส้นใยนำแสงพิเศษ เช่น ผลึกโฟโตนิก สามารถขยายได้ประมาณ 100μm ขนาดฟิลด์ของโหมดนี้ยังเล็กเกินไปเมื่อเทียบกับขนาดสปอตระดับมิลลิเมตรของเลเซอร์โซลิดสเตตอุตสาหกรรม ผลกระทบแบบไม่เชิงเส้นหลายอย่างที่กล่าวถึงในภายหลังเกี่ยวข้องกับอินทิกรัล B ซึ่งเป็นสัดส่วนผกผันกับพื้นที่ฟิลด์โหมด
สถานะโพลาไรเซชันจะถูกจำกัดและวัดตามระดับของโพลาไรซ์ กลไกทางกายภาพส่วนใหญ่เป็นลักษณะโพลาไรเซชันของท่อนำคลื่นใยแก้วนำแสง ในเส้นใยนำแสงแบบหุ้มสองชั้นธรรมดา แสงโพลาไรซ์เชิงเส้นจะดีโพลาไรซ์ และระดับของดีโพลาไรเซชันมีความไวต่อการโค้งงอและพารามิเตอร์ด้านสิ่งแวดล้อม ทำให้ยากต่อการรักษาสถานะโพลาไรเซชันที่เสถียร ภายใต้สภาวะเดียวกัน เกณฑ์กำลังสูงสุดของแสงโพลาไรซ์โดยทั่วไปจะอยู่ที่ครึ่งหนึ่งของแสงที่ไม่โพลาไรซ์ เนื่องจากแสงที่ไม่โพลาไรซ์สามารถแบ่งออกเป็นส่วนประกอบของแสงที่ไม่โพลาไรซ์ที่ตั้งฉากกันสองส่วนได้
ผลกระทบแบบไม่เชิงเส้นลำดับที่สามในเส้นใยนำแสงสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: ประเภทแรกคือเอฟเฟกต์การปรับดัชนีการหักเหของแสงที่เกิดจากความเข้มของแสง รวมถึงการปรับเฟสตัวเอง (SPM), การมอดูเลตแบบข้ามเฟส (XPM), ความไม่เสถียรของการมอดูเลต (MI) , การผสมสี่คลื่น (FWM) และการโฟกัสด้วยตนเอง (SF); อีกประการหนึ่งคือเอฟเฟกต์การกระเจิงแสงที่ไม่ยืดหยุ่น ซึ่งเกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนพลังงานระหว่างโฟตอนและการสั่นของตาข่ายของวัสดุเมทริกซ์ รวมถึงการกระเจิงของบริลโลอินแบบกระตุ้น (SBS) และการกระเจิงของรามัน (SRS) ที่ถูกกระตุ้น
ขีดจำกัดสูงสุดขึ้นอยู่กับเกณฑ์การโฟกัสตัวเอง ซึ่งก็คือประมาณ 4MW สำหรับวัสดุใยแก้วนำแสง ต่ำกว่าเกณฑ์การโฟกัสตัวเอง การกระเจิงของรามานที่ถูกกระตุ้นถือเป็นข้อจำกัดที่สำคัญที่สุด เนื่องจากการเปลี่ยนความถี่สเปกตรัมของแสงรามานเมื่อเปรียบเทียบกับแสงความถี่พื้นฐานจะสูงถึง 60 นาโนเมตร ส่วนประกอบ Raman ที่สูงเกินไปจะส่งผลร้ายแรงต่อการทำงานของคริสตัลแมกนีโตออปติคอลไอโซเลเตอร์ และจะทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนสีอย่างมากกับเลนส์ด้วย รูปภาพแสดงวิวัฒนาการของเส้นใยแบบโฟกัสตัวเองที่เกิดขึ้นเมื่อกำลังสูงสุดในใยแก้วนำแสงเกินเกณฑ์การโฟกัสตัวเอง
ที่อยู่ของเรา
B-1507 คฤหาสน์ Ruiding,No.200 Zhenhua Rd,Xihu District
หมายเลขโทรศัพท์
0086 181 5840 0345
อีเมล
info@brandnew-china.com
