Ytterbium zuntz laser: gailuak, eragile printzipioa, power, ekoizpen, erabilera

Zuntz laserrak trinko eta iraunkorrak, zehatza, eta erraza sakabanatu eragindako beroa dira. Etorri mota ezberdinak dira, eta asko, beste mota laserrak egin beharrik bere abantailak berezia dute.

Zuntz laserrak: eragiketa

Mota honetako gailuak egoera solidoko erradiazio koherente iturburu zuntz batetik aldaera estandarraren ordez kanabera lan likidoa, plaka bat edo disko dira. dopant sortutako zuntz zati zentrala argia. oinarrizko egitura sinplea bitartekoa nahiko konplexua da. Ytterbium zuntz laser aparatu zuntz esaterako, bolumena ratioa azalera handi bat dauka, beraz, beroa iragaziak daitezke nahiko erraz.

Zuntz laserrak optikoki ponpatzen dira, askotan diodo laserrak laguntzaz, baina kasu batzuetan - iturri berdinak. sistema hauek erabiliko Optics izan ohi dira osagai optiko adierazten du, zeinetan gehienak edo denak dira elkarren artean lotuta. Kasu batzuetan, a ontziratu optika, eta batzuetan barne-optiko zuntz sistemaren kanpoko ontziratu optika batekin konbinatuta.

diodoa pump iturri batek diodo array bat, edo banakako diodoak aniztasuna, eta bakoitzak konektorea zuntz optikoa waveguide-ra konektatuta egon daitezke. Dopatutako amaiera bakoitzean zuntz ispilu barrunbean resonator bat du - praktikan egin du zuntz Bragg grating. At ontziratu optika muturrak dute, ez bakarrik irteera habe zerbait zuntz baino beste sartzen bada. argia Gida bihurritu egin daiteke, beraz, nahi izanez gero, laser barrunbean zenbait metroko luzera izan dezake.

binuclear

zuntz laserrak erabiltzen Egitura zuntz, garrantzitsua da. Ohikoena dual-core egitura bat geometria da. Undoped kanpoaldeko core (batzuetan INTIMA gisa aipatzen) ponpatzen argia biltzen eta zuzentzen da zuntz zehar. zuntz sortutako estimulatzen erradiazio barruko core, hau da, askotan modua bakar bat igarotzen. barruko muina gehigarri iterbio bat, estimulatzen pump argitan dauka. hexagono, D-formako eta angeluzuzena, misses probabilitatea erdiko core argi habe murrizteko - noncircular kanpoaldeko core-mota asko barne daude.

zuntz laser amaiera edo alboko ponpaketa izan dezake. iturri bat edo gehiago lehen kasuan argi zuntz amaieran sartzen da. Noiz alboko ponpaketa argia da eta bertan elikatzen da kanpoko core sartu Splitter bat hornitu. Hau laser zigorra non argia sartzen perpendikularra ardatzari desberdina.

Erabaki bat, hala nola egiturazko garapen handia eskatzen. Nabarmena arreta pump argi laburbiltzen core sartu biztanleria inbertsioa bat sortzeko ordaindu, estimulatzen isuriaren liderra barruko muina ere. laser core anplifikazio maila desberdinak izan ditzakete zuntz batean Dopina arabera, baita bere luzera orrian. Faktore horiek diseinatzeko beharrezko parametro ingeniari gisa ezartzen dira.

Power muga gerta daiteke, batez bakarreko modua zuntz baten barruan jarduten. Horrelako core zeharkako oso eremu txiki bat du, eta intentsitate handikoa argi therethrough pasatzen ondorioz. Hori nabarmenagoa ez lineala Brillouin dispertsio, eta horrek botere watt hainbat milaka irteera mugatzen bihurtzen ari da. irteera handia da nahikoa bada, zuntz amaieran hondatuta egon daiteke.

Batez ere zuntz laserrak

zuntz erabilera lan-likidoa bezala elkarrekintza luzera handiagoa, eta horrek ondo funtzionatzen denean diodo ponpaketa ematen. geometria honek emaitza bihurtze handiko fotoien eraginkortasuna bat, baita eraikuntza fidagarria eta trinkoa da, eta bertan ez diskretuak optika, doikuntza edo lerrokatzea eskatzen du.

zuntz laser bat, aparatu ahalbidetzen ondo egokituko da, beharreko lodiak metal-orriak soldadura egokitu dezake eta femtosegunduen lekaleak ekoizteko. Zuntz optikoaren anplifikadoreak eskaintzen single-pass gain eta telekomunikazioen erabiltzen dira, aldi berean uhin asko handitu ahal izango dute. irabazia Gauza bera power anplifikadoreak erabiltzen da maisu osziladore batekin. Kasu batzuetan, anplifikadorea egon uhin etengabeko laser batekin operatu daiteke.

Beste adibide bat, zuntz-indargarri, eta bertan, estimulatzen isuriaren kendu da bertatik espontaneoa emisio-iturri da. Beste adibide bat Raman zuntz laser baten sakabanaketa handitu, nabarmen shear uhin luzera konbinatzen da. Aurkitu ditu aplikazio ikerketan, non sorkuntza eta anplifikazio konbinazioa atsekabea baso bat baino estandarra silize-zuntz erabiliz.

Hala ere, oro har, zuntz silize beiraz egindako Lur arraroen muina ere dopant batera. oinarrizko gehigarrien iterbio eta erbio dira. Ytterbium uhin ditu 1030-tik 1080 nm da, eta aukera zabal bat baino gehiago igortzen daitezke. 940 nm diodo pump erabilera fotoien defizita nabarmen murrizten du. Ytterbium ez auto-quenching ondorioak, eta horrek dentsitate handian Neodimio daude, beraz azken hau ontziratu laserrak eta iterbio erabiltzen - zuntz (biek berean uhin buruz ematen).

Erbium sorta 1530-1620 nm ere igortzen du, begiak segurua. maiztasuna bikoiztu ahal izango dira argia sortzeko 780 nm, eta hori ez da beste zuntz laserrak mota eskuragarri at. Azkenik, iterbio egon erbium gehitu daiteke, beraz elementua pump erradiazio xurgatzen du eta transmititzen energia hori erbium da. Thulium - gertu infragorria eskualdean emisioa, eta hori horrela da begi argazkiak segurua den dopant beste.

handiko eraginkortasuna

zuntz laser ia-hiru mailako sistema da. pump fotoiak urduritu lurrera egoera trantsizioa goiko geruza da. Laser trantsizioa goi-mailako zati txikiena zatitu lurrean estatu batean ra dago. Hau oso eraginkorra da: adibidez, iterbio-940 nm fotoi pump 1030 nm uhin batekin fotoi bat, eta akatsa kuantikoa (energia galera),% 9 inguru bakarrik igortzen.

Aitzitik, Neodimio, 808 nm energiaren% 24 inguru galtzen tan ponpatzen. Horrela, iterbio berez eraginkortasun handia du, baina ez da guztia lor ondorioz fotoiak batzuk galtzea. YB frekuentzia banda, eta erbio kopuru batean ponpatzen ahal izango dira - uhin-luzera 1480 edo 980 nm. frekuentzia altuagoa ez da akatsa fotoiak dagokionez eraginkorra, baina erabilgarria da, nahiz eta kasu honetan, 980 nm-tan delako, iturri onenak eskuragarri.

zuntz laser eraginkortasun orokorra pausu bi emaitza da. Lehenik eta behin, pump diodoa eraginkortasuna da. Semiconductor erradiazio koherente iturriak oso eraginkorrak dira,% 50 eraginkortasuna seinalea elektrikoa bihurtzeko optikoa sartu gabe. laborategi ikasketak emaitzak iradokitzen posible dela,% 70 edo gehiagoko balio bat iristeko. zehatza partidua irteera izpiak line zuntz laser batekin lortzen da eta ponpaketa eraginkortasun handiko bat.

Bigarrenik, hau optiko-optikoa bihurtze-eraginkortasuna. Noiz a akatsa fotoiak txiki kitzikapen-maila altua eta erauzketa optiko-optikoa bihurtze% 60-70 eraginkortasuna eraginkortasuna lor daiteke. ondorioz eraginkortasuna gama% 25-35 da.

hainbat konfigurazio

Fiber kuantikoaren etengabeko uhin sorgailu bakar edo anitzeko (zeharkako moduak) izan daitezke. Singlemode ekoizteko kalitate handiko habe materialak, lan edo giro bidez izpi bat bidaliz, eta multimode zuntz industrial laserrak energia gehiago sortzeko. It mozketa eta soldadura, eta batez ere erabiltzen da, tratamendu termikoak, non eremu handi bat argiztatuta dago egiteko.

The zuntz luze laser nabarmen ia-jarraitua aparatu normalean milisegundo lekaleak sortzen mota. Normalean ez da betebeharra zikloaren% 10 da. Hau handiagoa gailurra botere etengabeko modua (normalean hamar aldiz), hori erabiltzen da, adibidez, tarte zulaketa bat baino dakar. maiztasuna 500 Hz izan daiteke, iraupenaren arabera.

zuntz laserrak ere Q-aldaketa halaber ontziratu gisa jarduten. tipikoa pultsu iraupena A mikrosegundotan to nanosegundoak sorta da. Luzeagoa zuntz, luzeagoa irteera erradiazioaren Q-aldaketa egiteko hartzen du, pultsu luzeagoa ondorioz.

Fiber propietate Q modulazio muga batzuk. zuntz laser linealtasun faltaren eta gehiago esanguratsua da, izan ere, core zeharkako txiki inguruan, beraz gailurra boterea zertxobait mugatua izan behar du. bai Q bolumen etengailuak, errendimendu handiagoa edo modulators optikoa dira, parte aktiboa muturrak konektatutako ematen duten erabili ahal izango duzu.

Q-Trukatzeko lekaleak egon zuntz batean edo barrunbean resonator ere haundituko daiteke. Azken horren adibide bat da National probak nuklearra (IFZ, Livermore, CA), non zuntz laser 192 habe oszilatzaile maisua da simulazioa konplexua aurki daiteke. beira lauza handi batean lekaleak Small dopatutako megajoules to haundituko.

sinkronizazio errepikapena maiztasuna zuntz laserrak In material indartuz luzera araberakoa, beste sinkronizazio Zirkuitu moduak den bezala, eta pultsu iraupena throughput hobetzeko gaitasuna araberakoa da. laburrena 50 fs, eta tipikoena sorta daude - 100 fs sorta.

ytterbium eta erbio zuntz artean, desberdintasun garrantzitsu bat, zeinaren bidez funtzionatzeko modu desberdinak sakabanaketa dira da. Erbio-dopatutako zuntz 1550 nanometrotara igortzen ezohiko sakabanaketa eskualde batean. Hau solitons ematen du. Itterbievye zuntzak dira sakabanaketa positiboak edo normal batean; ondorioz, lineala maiztasuna modulazio nabarmenagoa batera lekaleak sortzen dute. Bragg ondorioz sareta bezala pultsu luzera konprimitu beharko du.

Badira zuntz laser lekaleak aldatzeko hainbat modu, bereziki pikosegundoa ultrafast ikasketak egiteko. Fotonikoak kristal-zuntz egon lineala efektu indartsua, hala nola supercontinuum belaunaldia bezala core oso txikia fabrikatu daiteke. Aitzitik, fotonikoen kristalak ere izango dira oso handiak bakarreko modua core fabrikatu ahal izateko eskumenak handian lineala ondorioak saihesteko.

Malguak fotonikoen kristal potentzia handiko behar duten aplikazioetarako sortutako core handiekin zuntz. metodo bat da, zuntz flexiones nahita nahigabeko edozein altuagoa ordena moduak kentzeko bitartean zeharkako oinarrizko modua mantenduz. Ez-linealtasun armoniko sortzen du; eta tolesgarri maiztasuna kenduz, laburragoa eta luzeagoa uhin sor dezakezu. Nonlinear efektuak ere eragin dezake pultsu compression, zein itxura maiztasuna orraziak eramaten.

supercontinuum iturburu lekaleak oso laburra bezain ekoizteko etengabeko espektro fasean modulazio bidez. Adibidez, hasierako 6 ps 1050 nm, zein iterbio zuntz laser espektro sorta lortutako ultramoreetatik 1600 baino gehiago nm sortzen at lekaleak from. IR-ponpatzen erbio-supercontinuum iturria iturri beste 1550 nm uhin berean.

potentzia handiko

Industria zuntz laserrak kontsumo handiena da gaur egun. eskari handia oraintxe automozio industrian erabiltzen kilowatt ordena boterea gozatzen. automobilgintza da iraunkortasuna baldintzak betetzen erresistentzia handiko altzairuzko autoak ekoizteko aldera mugitzen eta erregai ekonomia handiagoan nahiko erraza. Ohiko makina-erreminta oso zaila da, adibidez, zulatu zuloak altzairu mota honetan eta erradiazio koherente iturriak egiteko erraza.

Mozketa metal zuntz laser, aldean beste sorgailu kuantikoaren motekin abantaila zenbaki bat dauka. Adibidez, gertu-infragorria banda ondo xurgatu metalak. Beam egon zuntz, zein robotaren esker, erraz mugitu foku denean, ebaketa eta zulaketa bidez entregatu ahal izango da.

zuntz optikoa power eskakizun handienak asetzen. Armak AEBetako Armadaren, 2014an probatu, 6-zuntz 5.5 kilowatt laserrak a habe batean konbinatu eta konformazio-sistema optiko bidez radiating osatzen dute. 33 kW-unitatea erabiltzen zen garaitzeko gidatu gabeko aireko ibilgailu bat. habe ez da single-modua arren, sistema interesgarria da, bere eskuekin zuntz laser bat sortzeko estandarra, erraz eskuragarri osagai kanpo ematen diolako.

Altuena power bakarreko modua koherente argi IPG Photonics iturriak 10 kW da. osziladore maisua potentzia optikoa, eta horrek ematen da etapa 1018 nanometrotara ponpatzen zuntz beste laser argi anplifikadorea to watt bat sortzen du. Sistema osoa bi hozkailuak tamaina bat du.

zuntz laserrak erabilera ere potentzia handiko mozketa eta soldadura luzatu. Adibidez, erresistentzia altzairuzko xafla materialaren deformazio arazoa konpontzeko soldadura ordezkatu zuten. Power kontrola eta beste parametro oso zehatzak ebaketa kurba, batez ere, txoko ematen du.

Boteretsuena multimode zuntz laser - 100 kW arte - metalak mozteko fabrikatzaile berberak da. Sistema inkoherentea habe konbinazio batean oinarritzen da, beraz, ez da super-kalitate handiko habe. Erresistentzia hori zuntz laserrak industria erakargarria egiten du.

hormigoi zulaketa

Multimode zuntz laser 4 kW irteera izango da mozketa eta hormigoi zulaketa erabil daiteke. Zergatik da? Noiz ingeniari dira, dauden eraikinen erresistentzia sismikoak lortzen saiatzen ari da, oso hormigoi batera kontuz. bertan instalatutako denean, hala nola, altzairuzko errefortzu konbentzionalak perkusioa zulaketa bezala akats eragin ditzakete eta hormigoizko ahultzeko, baina zuntz laserrak da birrintzeko gabe moztu.

Q-Trukatzeko zuntz a adibidez erabiliko etiketatze edo elektronika semiconductor fabrikazioan dituzten laserrak. Horiek ere sorta finders erabiltzen dira: moduluak dira eskuz baten tamaina eduki begi-seguru zuntz laserrak horren irteera 4 kW, 50 kHz maiztasuna eta pultsu 5-15 ns iraupena izango du.

azalera tratamendua

Ez dago zuntz mikro eta nanoprocessing for laserrak txikietan interes handia da. Noiz azalera geruza kendu, pultsu iraupena 35 baino laburragoa ps, ihinztatze material ez bada. Hau dimples eta beste nahi ez diren objektu sortzea eragozten. femtosegundoen erregimen lekaleak ekoizten ez diren uhin sentikorrak eta inguruetan ez da berotzen, kalteak nabarmenak edo ahultzea inguruetan gabe lan egitea ahalbidetzen lineala efektuak. Gainera, zulo zabalera sakonera handiko batekin moztu ahal izango dira - adibidez, azkar (milisegundotan batzuk barru) 1 mm-zuloak Small 1 MHz maiztasun batekin bat altzairu herdoilgaitza 800-fs lekaleak erabiliz.

Ere posible da gainazal tratatua material gardena, adibidez, giza begi ekoizteko. Begi Mikrokirurgia tan flap bat moztu, femtosegunduen lekaleak vysokoaperturnym ongi foku lens begiaren azalera beheko puntu bat azalean kalte eragin gabe, baina kontrolatutako sakoneran materiala suntsitu begia. Kornearen, eta horrek ikusmen ezinbestekoa da azalera leuna da oso-osorik. flap behetik bereizi da, ondoren, bota dezake excimer laser osatuz lentea azaleratu. Beste mediku aplikazioen artean, kirurgia azaleko dermatologian sartze, baita koherentzia optiko tomografia mota batzuk erabiltzea.

femtosegunduen laserrak

zientzia femtosegundoko laserrak laser matxura espektroskopia, fluoreszentzia espektroskopia bereizmen temporal batekin urduritu erabiltzen, eta, gainera, orokorrean materialen ikerketa da. Horrez gain, metrologia eta ikasketak orokorrean eskatutako femtosegunduen maiztasuna Orrazia ekoizteko dira beharrezko. epe laburrean benetako aplikazio bat GPS belaunaldi berri baten sateliteak, bertan kokatzea zehaztasuna handitu egingo erloju atomiko izango da.

maiztasuna zuntz bakarreko laser 1 baino gutxiago kHz lerroaren zabalera espektro batekin egiten da. erradiazio irteerako potentzia txiki bat gailu ikusgarriak honek 10 mW-tik 1W da. komunikazioak, metrologia arloan egindako eskaera (adibidez, zuntz gyroscopes) eta espektroskopia bilatzen ditu.

Zer da hurrengoa?

beste ikerketa aplikazio bezala, oraindik ere, horietako asko ikasten dira da. Adibidez, ingeniaritza militarra, zein beste arlo batzuetan aplika daiteke, eta horrek a zuntz laser habe konbinatuz datza habe handiko bat koherente edo espektro konbinazioa erabiliz lortzeko. Ondorioz, energia gehiago da bakarreko modua habe bat lortu.

zuntz laserrak ekoizpena azkar hazten ari da, batez ere, industria automobilgintza beharrak. Era berean, ez ez-zuntz zuntz gailuak ordezkoa da. kostua eta errendimendua hobekuntza orokorraren gain, badira praktiko femtosegunduen laserrak eta supercontinuum iturri. Zuntz laserrak okupatzen nitxoak gehiago eta beste laserrak mota hobetzeko iturri bihurtu.