Evolución técnica de los láseres de fibra de alta potencia

Evolución técnica de los láseres de fibra de alta potencia

Optimización deláser de fibraestructura

1. Estructura de bomba de luz espacial

Los primeros láseres de fibra utilizaban principalmente la salida de bombeo óptico.láserDebido a su baja potencia de salida, mejorarla rápidamente en un corto período de tiempo resulta complejo. En 1999, la potencia de salida de los láseres de fibra superó por primera vez los 10 000 vatios. Su estructura se basa principalmente en el bombeo óptico bidireccional, formando un resonador. Tras las investigaciones, la eficiencia diferencial de estos láseres alcanzó el 58,3 %.
Sin embargo, aunque el uso de la tecnología de acoplamiento láser y de luz de bombeo de fibra para desarrollar láseres de fibra puede mejorar eficazmente la potencia de salida de estos, al mismo tiempo presenta una complejidad que no favorece la construcción de la trayectoria óptica mediante lentes ópticas. Si es necesario mover el láser durante la construcción de la trayectoria óptica, esta también debe reajustarse, lo que limita la amplia aplicación de los láseres de fibra con estructura de bombeo óptico.

2. Estructura de oscilador directo y estructura MOPA

Con el desarrollo de los láseres de fibra, los separadores de potencia de revestimiento han reemplazado gradualmente a los componentes de lentes, simplificando su desarrollo y mejorando indirectamente su eficiencia de mantenimiento. Esta tendencia refleja la creciente practicidad de los láseres de fibra. Las estructuras de oscilador directo y MOPA son las dos más comunes en el mercado. En el oscilador directo, la rejilla selecciona la longitud de onda durante la oscilación y emite dicha longitud de onda. En el MOPA, la longitud de onda seleccionada por la rejilla se utiliza como luz semilla, la cual se amplifica mediante un amplificador de primer nivel, mejorando así la potencia de salida del láser. Durante mucho tiempo, los láseres de fibra con estructura MOPA han sido la opción preferida para láseres de fibra de alta potencia. Sin embargo, estudios posteriores han encontrado que la alta potencia de salida en esta estructura puede provocar fácilmente la inestabilidad de la distribución espacial dentro del láser de fibra, y el brillo del láser de salida se verá afectado en cierta medida, lo que también tiene un impacto directo en el efecto de alta potencia de salida.

Con el desarrollo de la tecnología de bombeo

La longitud de onda de bombeo de los primeros láseres de fibra dopada con iterbio suele ser de 915 nm o 975 nm, pero dado que estas dos longitudes de onda corresponden a los picos de absorción de los iones de iterbio, se denomina bombeo directo. Este método no se ha generalizado debido a las pérdidas cuánticas. La tecnología de bombeo en banda es una extensión del bombeo directo, en la que la longitud de onda de bombeo y la de transmisión son similares, y la tasa de pérdidas cuánticas del bombeo en banda es menor que la del bombeo directo.

Láser de fibra de alta potenciacuello de botella del desarrollo tecnológico

Aunque los láseres de fibra tienen un alto valor de aplicación en los sectores militar, médico y otros, China ha impulsado su amplia aplicación gracias a casi 30 años de investigación y desarrollo tecnológico. Sin embargo, para lograr una mayor potencia de salida en los láseres de fibra, la tecnología actual aún presenta numerosas limitaciones. Por ejemplo, ¿puede un láser de fibra alcanzar los 36,6 kW en modo único de fibra?; ¿cuál es la influencia de la potencia de bombeo en la potencia de salida del láser de fibra?; y ¿cuál es la influencia del efecto de lente térmica en la potencia de salida del láser de fibra?

Además, la investigación sobre tecnologías de láser de fibra de alta potencia debe considerar la estabilidad del modo transversal y el oscurecimiento fotónico. El estudio revela que el calentamiento de la fibra influye en la inestabilidad del modo transversal, mientras que el oscurecimiento fotónico se manifiesta principalmente en una rápida disminución de la potencia de salida del láser de fibra al emitir continuamente cientos de vatios o varios kilovatios. Esto limita la capacidad del láser de fibra para mantener una alta potencia de salida.

Aunque las causas específicas del oscurecimiento fotónico aún no se han definido con claridad, se cree que los centros de defectos de oxígeno y la absorción por transferencia de carga pueden provocarlo. Para inhibir este efecto, se proponen las siguientes medidas: utilizar materiales como aluminio y fósforo para evitar la absorción por transferencia de carga. Posteriormente, se prueba y aplica la fibra activa optimizada, demostrando que mantiene una potencia de salida de 3 kW durante varias horas y una potencia de salida estable de 1 kW durante 100 horas.