El empalme por fusión de fibra determina el límite superior de rendimiento de los láseres de alta potencia.

En los últimos años, los láseres de nivel de kilovatios se han ido generalizando progresivamente. El enfoque de la industria siempre ha estado en la potencia de salida, la calidad del haz y la eficiencia de conversión de luz a luz de los láseres, pero a menudo pasa por alto el proceso central oculto que determina el límite de vida o muerte del empalme por fusión entre láser y fibra óptica.

Una mala calidad de empalme puede provocar una disminución en la eficiencia de conversión de luz del láser y provocar inestabilidad en modo transversal (TMI). En casos severos, puede provocar directamente la quema y destrucción de la fibra óptica, e incluso causar daños permanentes a toda la plataforma láser.

Este artículo analiza la influencia del rendimiento del empalme láser de alta potencia y explora cómo seleccionar una empalmadora de fusión de fibra óptica confiable.

1. ¿Por qué la fusión de fibras está marcando la 'línea de vida o muerte' para los láseres de alta potencia?

Verificar la fusión de fibras implica simplemente usar un arco eléctrico de alto voltaje para fusionar los extremos de dos fibras ópticas y luego usar un mecanismo de movimiento de alta precisión para juntarlas suavemente, permitiendo que las dos fibras se fusionen en una, logrando la conexión de las fibras ópticas y la transmisión cerrada completa de la ruta óptica. Para los láseres de estructura totalmente de fibra, toda la ruta óptica está compuesta en su totalidad por fibras ópticas y componentes de fibra, y todos los componentes deben conectarse mediante fusión. La calidad de la fusión determina directamente el límite inferior de rendimiento y el límite superior de vida de todo el láser.

En los escenarios tradicionales de fibra de comunicación de baja potencia, una pérdida de empalme por fusión de menos de 0,2 dB es suficiente para cumplir con los requisitos de uso. Sin embargo, en los láseres de fibra de cavidad resonante de alta potencia con una potencia superior a 3 kW, incluso una pérdida de empalme por fusión de 0,1 dB puede provocar una acumulación térmica fatal, convirtiéndose en el desencadenante del fallo del láser.

1. Reducción directa del rendimiento central del láser: pérdida anormal de potencia y eficiencia

Los láseres de fibra con estructura de resonador de alta potencia tienen requisitos mucho más altos para la calidad de la fusión de fibra que en escenarios de baja potencia y estructuras de amplificador. La fusión de fibras activas y pasivas de doble revestimiento dopadas con iterbio implica inevitablemente ciertas pérdidas inherentes, y una mala calidad de la fusión hará que estas pérdidas se magnifiquen exponencialmente.

Según los datos de medición reales, cuando el empalme no es bueno, en condiciones de alta potencia, la eficiencia de conversión óptica a óptica del láser será entre un 1% y un 3% menor, y la temperatura de la superficie del separador de potencia del revestimiento (CPS) será entre 5 y 10 grados Celsius más alta.

En el experimento, para la muestra con la calidad de fusión más pobre, la eficiencia de conversión óptica a óptica cayó un 2,28% y la temperatura del CPS se disparó 11,2℃. En casos más graves, cuando la potencia de la bomba alcanzaba los 3800 W, la potencia de la luz de señal se estancaba, la temperatura del CPS aumentaba rápidamente, lo que desencadenaba directamente el efecto TMI, lo que provocaba que el láser perdiera por completo la capacidad de emitir alta potencia de forma estable. Aquí se agrega un concepto central de la industria: la inestabilidad en modo lateral.

(TMI) es uno de los principales obstáculos para que los láseres de fibra de alta potencia alcancen una potencia de más de diez mil vatios. En términos simples, a medida que aumenta la potencia de la bomba, el modo fundamental del láser sufrirá un acoplamiento no lineal con modos de orden superior, lo que dará como resultado un fuerte deterioro de la calidad del haz y fluctuaciones significativas en la potencia de salida. Y el efecto térmico causado por el defecto del empalme por fusión es uno de los principales desencadenantes de TMI.

2. Riesgo fatal: La quema del punto de rotura de la fibra óptica y el daño a la plataforma son más graves que las anomalías eléctricas. Son causados ​​por una mala calidad de la fusión, lo que provoca que la fibra óptica se rompa y se queme. Este es también uno de los modos de falla más comunes en la producción y prueba de láseres de alta potencia.

El punto de fusión se encuentra dentro del resonador láser, en ambos extremos de la fibra óptica activa. Es precisamente la posición dentro de todo el camino óptico donde la densidad de energía es mayor y la uniformidad del índice de refracción y la tensión es menor. Cuando la calidad de la fusión se deteriora aún más, el exceso de energía local hará que el núcleo se caliente bruscamente, lo que provocará intensos efectos térmicos que, en última instancia, desencadenarán el efecto de fusión del núcleo, lo que provocará la fragmentación de la capa del núcleo en la sección de fusión, la aparición de cavidades en forma de bala o incluso la fusión directa.

De esto podemos concluir que una buena máquina de fusión de fibras ópticas debe tener las siguientes características: 1. Imagen clara, capaz de mostrar los detalles de las fibras ópticas, preparando para una buena alineación. 2. El sistema y el sistema de sujeción requieren alta precisión. Durante el proceso de alineación precisa de las fibras ópticas, estas deben permanecer estables y minimizar los errores. 3. La precisión estructural es extremadamente exigente. La máquina de fusión de fibra óptica tiene numerosos componentes y, si la precisión es baja, provocará errores fatales en el proceso general de colocación y ajuste del núcleo. 4. El diseño de la estructura es razonable y tiene una fuerte resistencia a altas temperaturas y vibraciones. Garantiza robustez para un uso a largo plazo.