يحدد ربط الألياف الانصهار الحد الأعلى للأداء لأجهزة الليزر عالية الطاقة.

في السنوات الأخيرة، أصبحت أجهزة الليزر بمستوى كيلووات أكثر انتشارًا تدريجيًا. لقد كان تركيز الصناعة دائمًا على طاقة الخرج وجودة الشعاع وكفاءة تحويل الضوء إلى ضوء الليزر، ولكنها غالبًا ما تتجاهل العملية الأساسية المخفية التي تحدد حد الحياة والموت لليزر - ربط اندماج الألياف الضوئية.

يمكن أن تؤدي جودة الربط الرديئة إلى انخفاض كفاءة تحويل ضوء الليزر وتتسبب في عدم استقرار الوضع العرضي (TMI). في الحالات الشديدة، يمكن أن يؤدي ذلك بشكل مباشر إلى حرق الألياف الضوئية وتدميرها، وحتى التسبب في تلف دائم لمنصة الليزر بأكملها.

تتناول هذه المقالة تأثير أداء الربط بالليزر عالي الطاقة وتستكشف كيفية اختيار جهاز ربط موثوق به بدمج الألياف الضوئية.

1. لماذا يعتبر دمج الألياف بمثابة 'خط الحياة أو الموت' لليزر عالي الطاقة؟

يتضمن فحص دمج الألياف ببساطة استخدام قوس كهربائي عالي الجهد لدمج طرفي ليفتين بصريتين، ثم استخدام آلية حركة دقيقة للغاية لدفعهما معًا بسلاسة، مما يسمح للليفتين بالاندماج في ألياف واحدة، وتحقيق اتصال الألياف الضوئية والنقل المغلق الكامل للمسار البصري. بالنسبة إلى أجهزة الليزر ذات البنية الكاملة للألياف، يتكون المسار البصري بأكمله بالكامل من ألياف بصرية ومكونات ألياف، ويجب توصيل جميع المكونات من خلال الاندماج. تحدد جودة الاندماج بشكل مباشر الحد الأدنى للأداء والحد الأعلى لعمر الليزر بأكمله.

في سيناريوهات ألياف الاتصالات التقليدية منخفضة الطاقة، تكون خسارة الربط الاندماجي التي تقل عن 0.2 ديسيبل كافية لتلبية متطلبات الاستخدام. ومع ذلك، في ليزرات الألياف المجوفة الرنانة عالية الطاقة التي تتجاوز قدرتها 3 كيلووات، حتى فقدان الربط الاندماجي بمقدار 0.1 ديسيبل يمكن أن يؤدي إلى تراكم حراري مميت، مما يصبح سببًا لفشل الليزر.

1. خفض الأداء الأساسي لليزر بشكل مباشر: فقدان الطاقة والكفاءة بشكل غير طبيعي

تتمتع ليزرات الألياف ذات هيكل الرنان عالية الطاقة بمتطلبات أعلى بكثير لجودة دمج الألياف مقارنةً بسيناريوهات الطاقة المنخفضة وهياكل مكبر الصوت. إن اندماج الألياف النشطة والسلبية ذات الكسوة المزدوجة والمشبعة بالإيتربيوم ينطوي حتماً على خسائر متأصلة معينة، وسوف تؤدي جودة الاندماج الرديئة إلى تضخم هذه الخسائر بشكل كبير.

وفقًا لبيانات القياس الفعلية، عندما لا يكون الربط جيدًا، في حالة الطاقة العالية، ستكون كفاءة التحويل الضوئي إلى الليزر أقل بنسبة 1% إلى 3%، وستكون درجة حرارة السطح لمزيل طاقة الكسوة (CPS) أعلى من 5 إلى 10 درجات مئوية.

في التجربة، بالنسبة للعينة ذات جودة الاندماج الأقل جودة، انخفضت كفاءة التحويل البصري إلى البصري بنسبة 2.28%، وارتفعت درجة حرارة CPS بمقدار 11.2 درجة مئوية. في الحالات الأكثر شدة، عندما تصل طاقة المضخة إلى 3800 وات، ستتوقف طاقة ضوء الإشارة، وترتفع درجة حرارة CPS بسرعة، مما يؤدي مباشرة إلى تأثير TMI، مما يتسبب في فقدان الليزر تمامًا للقدرة على إخراج طاقة عالية بشكل ثابت. هنا، تتم إضافة مفهوم الصناعة الأساسي: عدم استقرار الوضع الجانبي.

(TMI) هو أحد الاختناقات الأساسية التي تواجهها أجهزة ليزر الألياف عالية الطاقة لتحقيق إنتاج يزيد عن عشرة آلاف واط. بعبارات بسيطة، مع زيادة طاقة المضخة، سيخضع الوضع الأساسي لليزر إلى اقتران غير خطي مع أوضاع الترتيب الأعلى، مما يؤدي إلى تدهور حاد في جودة الشعاع وتقلبات كبيرة في طاقة الخرج. والتأثير الحراري الناجم عن عيب الربط الاندماجي هو أحد المحفزات الأساسية لـ TMI.

2. خطر مميت: يعد حرق نقطة انقطاع الألياف الضوئية والأضرار التي لحقت بالمنصة أكثر خطورة من خلل الطاقة. وهي ناجمة عن سوء نوعية الانصهار، مما يؤدي إلى نقطة كسر الألياف الضوئية وحرقها. يعد هذا أيضًا أحد أوضاع الفشل الأكثر شيوعًا في إنتاج واختبار أجهزة الليزر عالية الطاقة.

وتقع نقطة الاندماج داخل مرنان الليزر، على طرفي الألياف الضوئية النشطة. إنه بالضبط الموضع داخل المسار البصري بأكمله حيث تكون كثافة الطاقة هي الأعلى، ويكون انتظام معامل الانكسار والإجهاد هو الأضعف. عندما تتدهور جودة الاندماج بشكل أكبر، فإن الطاقة المحلية المفرطة ستتسبب في تسخين النواة بشكل حاد، مما يؤدي إلى تأثيرات حرارية شديدة، تؤدي في النهاية إلى تأثير الصمامات الأساسية، مما يؤدي إلى تفتيت الطبقة الأساسية في قسم الاندماج، أو ظهور تجاويف على شكل رصاصة، أو حتى ذوبان مباشر.

من هذا يمكننا أن نستنتج أن آلة دمج الألياف الضوئية الجيدة يجب أن تتمتع بالميزات التالية: 1. تصوير واضح، قادر على عرض تفاصيل الألياف الضوئية، والتحضير لمحاذاة جيدة. 2. يتطلب النظام ونظام التثبيت دقة عالية. أثناء عملية المحاذاة الدقيقة للألياف الضوئية، يجب أن تظل مستقرة وتقلل من الأخطاء. 3. الدقة الهيكلية متطلبة للغاية. تحتوي آلة دمج الألياف الضوئية على العديد من المكونات، وإذا كانت الدقة منخفضة، فسوف تتسبب في حدوث أخطاء فادحة في العملية الشاملة لوضع النواة وتعديلها. 4. تصميم الهيكل معقول، ولديه مقاومة قوية لدرجات الحرارة العالية والاهتزازات. ضمان المتانة للاستخدام على المدى الطويل.