L'épissage par fusion de fibres détermine la limite supérieure de performances des lasers haute puissance.

Ces dernières années, les lasers au niveau du kilowatt se sont progressivement répandus. L'industrie s'est toujours concentrée sur la puissance de sortie, la qualité du faisceau et l'efficacité de la conversion lumière-lumière des lasers, mais elle néglige souvent le processus de noyau caché qui détermine la limite de vie ou de mort du laser : l'épissage par fusion de fibre optique.

Une mauvaise qualité d'épissage peut entraîner une diminution de l'efficacité de conversion de la lumière du laser et provoquer une instabilité de mode transversal (TMI). Dans les cas graves, cela peut entraîner directement la brûlure et la destruction de la fibre optique, et même causer des dommages permanents à l'ensemble de la plate-forme laser.

Cet article traite de l'influence des performances d'épissage laser haute puissance et explore comment sélectionner une épisseuse par fusion de fibres optiques fiable.

1. Pourquoi l'épissage par fusion de fibres est-il la « ligne de vie ou de mort » pour les lasers de haute puissance ?

La vérification de la fusion des fibres consiste simplement à utiliser un arc électrique à haute tension pour fusionner les extrémités de deux fibres optiques, puis à utiliser un mécanisme de mouvement très précis pour les rapprocher en douceur, permettant ainsi aux deux fibres de fusionner en une seule, réalisant ainsi la connexion des fibres optiques et la transmission complètement fermée du chemin optique. Pour les lasers à structure entièrement fibreuse, l'ensemble du chemin optique est entièrement composé de fibres optiques et de composants de fibres, et tous les composants doivent être connectés par fusion. La qualité de la fusion détermine directement la limite inférieure des performances et la limite supérieure de la durée de vie de l’ensemble du laser.

Dans les scénarios traditionnels de fibre de communication à faible puissance, une perte d'épissage par fusion inférieure à 0,2 dB est suffisante pour répondre aux exigences d'utilisation. Cependant, dans les lasers à fibre à cavité résonante de haute puissance d'une puissance supérieure à 3 kW, même une perte d'épissage par fusion de 0,1 dB peut entraîner une accumulation thermique fatale, devenant ainsi le déclencheur de la défaillance du laser.

1. Diminution directe des performances de base du laser : perte anormale de puissance et d’efficacité

Les lasers à fibre à structure de résonateur de haute puissance ont des exigences beaucoup plus élevées en matière de qualité de fusion de fibres que dans les scénarios et les structures d'amplification de faible puissance. La fusion de fibres actives et passives à double gaine dopées à l'ytterbium implique inévitablement certaines pertes inhérentes, et une mauvaise qualité de fusion entraînera une amplification exponentielle de ces pertes.

Selon les données de mesure réelles, lorsque l'épissage n'est pas bon, dans des conditions de puissance élevée, l'efficacité de conversion optique-optique du laser sera inférieure de 1 % à 3 % et la température de surface du dénudeur de puissance de gaine (CPS) sera supérieure de 5 à 10 degrés Celsius.

Dans l'expérience, pour l'échantillon présentant la qualité de fusion la plus mauvaise, l'efficacité de la conversion optique-optique a chuté de 2,28 % et la température du CPS a grimpé de 11,2 ℃. Dans les cas plus graves, lorsque la puissance de la pompe atteignait 3 800 W, la puissance du signal lumineux stagnait, la température du CPS augmentait rapidement, déclenchant directement l'effet TMI, faisant perdre complètement au laser la capacité de produire une puissance élevée de manière stable. Ici, un concept de base de l’industrie est ajouté : l’instabilité du mode latéral.

(TMI) est l’un des principaux goulots d’étranglement pour que les lasers à fibre haute puissance atteignent une puissance supérieure à dix mille watts. En termes simples, à mesure que la puissance de la pompe augmente, le mode fondamental du laser subira un couplage non linéaire avec des modes d'ordre supérieur, entraînant une forte détérioration de la qualité du faisceau et des fluctuations significatives de la puissance de sortie. Et l’effet thermique provoqué par le défaut d’épissage par fusion est l’un des principaux déclencheurs du TMI.

2. Risque mortel : La brûlure du point de rupture de la fibre optique et les dommages à la plate-forme sont plus graves que les anomalies de puissance. Ils sont causés par une mauvaise qualité de fusion, entraînant un point de rupture et une brûlure de la fibre optique. Il s’agit également de l’un des modes de défaillance les plus courants lors de la production et des tests de lasers haute puissance.

Le point de fusion est situé à l'intérieur du résonateur laser, aux deux extrémités de la fibre optique active. C’est précisément la position sur l’ensemble du trajet optique où la densité d’énergie est la plus élevée et où l’uniformité de l’indice de réfraction et de la contrainte est la plus mauvaise. Lorsque la qualité de la fusion se détériore davantage, une énergie locale excessive provoquera un échauffement brutal du noyau, entraînant des effets thermiques intenses, déclenchant finalement l'effet fusible du noyau, conduisant à une fragmentation de la couche centrale dans la section de fusion, à l'apparition de cavités en forme de balle, voire à une fusion directe.

De cela, nous pouvons conclure qu'une bonne machine de fusion de fibres optiques doit avoir les caractéristiques suivantes : 1. Imagerie claire, capable d'afficher les détails des fibres optiques, préparant ainsi un bon alignement. 2. Le système et le système de serrage nécessitent une grande précision. Pendant le processus d’alignement précis des fibres optiques, celles-ci doivent rester stables et minimiser les erreurs. 3. La précision structurelle est extrêmement exigeante. La machine de fusion de fibres optiques comporte de nombreux composants, et si la précision est faible, cela entraînera des erreurs fatales dans le processus global de placement et d'ajustement du noyau. 4. La conception de la structure est raisonnable et présente une forte résistance aux températures et aux vibrations élevées. Assurer la robustesse pour une utilisation à long terme.