ファイバ融着接続は、高出力レーザーの性能の上限を決定します。

近年、キロワットレベルのレーザーが徐々に普及してきました。業界は常にレーザーの出力パワー、ビーム品質、光から光への変換効率に焦点を当ててきましたが、レーザーの寿命を決定する隠れた中核プロセスである光ファイバー融着接続が見落とされることがよくあります。

スプライシングの品質が低いと、レーザーの光変換効率が低下し、横モード不安定性 (TMI) が発生する可能性があります。深刻な場合には、光ファイバーの焼損や破壊を直接引き起こし、さらにはレーザープラットフォーム全体に永久的な損傷を与える可能性があります。

この記事では、高出力レーザー接続のパフォーマンスの影響について説明し、信頼性の高い光ファイバ融着接続機を選択する方法を検討します。

1. ファイバ融着接続が高出力レーザーの「生死を分ける」のはなぜですか?

ファイバ融着の検査では、高電圧の電気アークを使用して 2 本の光ファイバの端を融着し、次に高精度の動作機構を使用してそれらを滑らかに押し込み、2 本のファイバを 1 つに融合させ、光ファイバの接続と光路の完全な密閉伝送を実現します。オールファイバー構造レーザーの場合、光路全体が光ファイバーとファイバー部品で構成されており、すべての部品を融着して接続する必要があります。融合の品質は、レーザー全体の性能の下限と寿命の上限を直接決定します。

従来の低電力通信ファイバのシナリオでは、融着接続損失が 0.2 dB 未満であれば、使用要件を満たすのに十分です。しかし、出力が 3 kW を超える高出力共振空洞ファイバーレーザーでは、0.1 dB の融着接続損失でも致命的な熱蓄積を引き起こし、レーザー故障の引き金となる可能性があります。

1. レーザーのコア性能を直接低下させる: 異常な出力と効率の損失

高出力共振器構造ファイバーレーザーでは、低出力シナリオや増幅器構造よりもファイバー融合の品質に対する要件がはるかに高くなります。イッテルビウムをドープしたデュアルクラッドのアクティブファイバーとパッシブファイバーの融合には、必然的に特定の固有の損失が伴い、融合品質が低いと、これらの損失が指数関数的に拡大します。

実際の測定データによると、接続が良好でない場合、高出力条件では、レーザーの光 - 光変換効率が 1% ～ 3% 低下し、クラッド パワーストリッパー (CPS) の表面温度が 5 ～ 10 ℃高くなります。

実験では、融合品質が最も悪いサンプルでは、​​光から光への変換効率が2.28%低下し、CPS温度が11.2℃上昇しました。より深刻なケースでは、励起パワーが 3800W に達すると、信号光パワーが停滞し、CPS 温度が急激に上昇し、TMI 効果が直接引き起こされ、レーザーが高出力を安定して出力する能力を完全に失います。ここでは、業界の中核概念である横モード不安定性が追加されています。

(TMI) は、高出力ファイバー レーザーが 1 万ワットを超える出力を達成するための主要なボトルネックの 1 つです。簡単に言えば、ポンプパワーが増加すると、レーザーの基本モードは高次モードと非線形結合を受け、その結果、ビーム品質が急激に低下し、出力パワーが大幅に変動します。また、融着接続の欠陥によって引き起こされる熱の影響は、TMI の主要なトリガーの 1 つです。

2. 致命的なリスク: 光ファイバーの切断点の焼損やプラットフォームの損傷は、電源異常よりも深刻です。これらは融着品質の低下によって引き起こされ、光ファイバの破断点や焼損を引き起こします。これは、高出力レーザーの製造およびテストにおいて最も一般的な故障モードの 1 つでもあります。

融着点は、レーザー共振器内のアクティブ光ファイバーの両端に位置します。それはまさに、光路全体の中でエネルギー密度が最も高く、屈折率と応力の均一性が最も悪い位置です。核融合の品質がさらに悪化すると、過剰な局所エネルギーにより核が急激に加熱され、その結果、激しい熱影響が生じ、最終的に核融合効果が引き起こされ、融合部分の核層の断片化、弾丸状の空洞の出現、さらには直接溶融が引き起こされます。

このことから、優れた光ファイバー融着機には次の機能が備わっている必要があると結論付けることができます。 1. 鮮明な画像。光ファイバーの詳細を表示し、良好な位置合わせの準備ができます。 2. システムおよびクランプシステムには高い精度が必要です。光ファイバーの正確な位置合わせのプロセス中、光ファイバーは安定した状態を維持し、誤差を最小限に抑える必要があります。 3. 構造精度は非常に要求されます。光ファイバ融着機には多数の部品があり、その精度が低いとコアの配置や調整などの工程全体で致命的なミスを引き起こします。 4.構造設計は合理的であり、高温や振動に対して強い耐性があります。長期使用に耐える堅牢性を確保。