Fiber Fusion Splicing은 고출력 레이저 성능의 상한을 결정합니다.

최근에는 킬로와트급 레이저가 점차 널리 보급되고 있습니다. 업계의 초점은 항상 레이저의 출력 전력, 빔 품질 및 광-광 변환 효율에 맞춰져 있지만, 레이저의 수명과 사망 한계를 결정하는 숨겨진 핵심 프로세스인 광섬유 융합 접합을 간과하는 경우가 많습니다.

접합 품질이 좋지 않으면 레이저의 광 변환 효율이 감소하고 TMI(횡 모드 불안정성)가 발생할 수 있습니다. 심한 경우에는 광섬유의 연소 및 파괴를 직접적으로 초래할 수 있으며 심지어 전체 레이저 플랫폼에 영구적인 손상을 초래할 수도 있습니다.

이 기사에서는 고출력 레이저 접합 성능의 영향에 대해 논의하고 신뢰할 수 있는 광섬유 융착 접속기를 선택하는 방법을 탐구합니다.

1. 왜 섬유융합이 고출력 레이저의 '생사선'을 잇는가?

광섬유 융합 검사에는 단순히 고전압 전기 아크를 사용하여 두 개의 광섬유 끝을 융합한 다음 고정밀 모션 메커니즘을 사용하여 두 광섬유를 부드럽게 밀어서 두 광섬유를 하나로 병합함으로써 광섬유 연결과 광 경로의 완전한 폐쇄 전송을 달성하는 작업이 포함됩니다. All-Fiber 구조 레이저의 경우 전체 광 경로는 전적으로 광섬유와 광섬유 구성 요소로 구성되며 모든 구성 요소는 융합을 통해 연결되어야 합니다. 융합 품질은 전체 레이저의 성능 하한과 수명 상한을 직접적으로 결정합니다.

전통적인 저전력 통신 광섬유 시나리오에서는 0.2dB 미만의 융합 접속 손실이면 사용 요구 사항을 충족하기에 충분합니다. 그러나 출력이 3kW를 초과하는 고출력 공진 공동 광섬유 레이저에서는 0.1dB의 융합 접속 손실이라도 치명적인 열 축적으로 이어져 레이저 고장의 원인이 될 수 있습니다.

1. 레이저의 핵심 성능을 직접적으로 저하: 비정상적인 전력 및 효율성 손실

고출력 공진기 구조 파이버 레이저는 저전력 시나리오 및 증폭기 구조보다 파이버 융합 품질에 대한 요구 사항이 훨씬 높습니다. 이터븀 첨가 이중 클래드 능동 및 수동 광섬유의 융합에는 필연적으로 특정 고유 손실이 수반되며, 열악한 융합 품질로 인해 이러한 손실이 기하급수적으로 확대됩니다.

실제 측정 데이터에 따르면 접합이 좋지 않은 경우 고출력 조건에서 레이저의 광-광 변환 효율은 1%~3% 낮아지고 클래딩 파워 스트리퍼(CPS)의 표면 온도는 섭씨 5~10도 높아집니다.

실험에서 융합 품질이 가장 낮은 샘플의 경우 광-광 변환 효율이 2.28% 감소했으며 CPS 온도는 11.2℃ 상승했습니다. 더 심각한 경우에는 펌프 전력이 3800W에 도달하면 신호광 전력이 정체되고 CPS 온도가 급격히 상승하여 TMI 효과가 직접적으로 발생하여 레이저가 고출력을 안정적으로 출력하는 능력을 완전히 상실하게 됩니다. 여기에 핵심 산업 개념인 측면 모드 불안정성이 추가되었습니다.

(TMI)는 고출력 광섬유 레이저가 1만 와트 이상의 출력을 달성하는데 있어 핵심적인 병목 현상 중 하나입니다. 간단히 말해서, 펌프 전력이 증가함에 따라 레이저의 기본 모드는 고차 모드와 비선형 결합을 겪게 되어 빔 품질이 급격히 저하되고 출력 전력이 크게 변동됩니다. 그리고 융착접속 결함으로 인한 열효과는 TMI의 핵심 유발 요인 중 하나이다.

2. 치명적인 위험: 광섬유 중단점의 소손 및 플랫폼 손상은 전원 이상보다 더 심각합니다. 이는 열악한 융합 품질로 인해 발생하며 광섬유 중단점 및 화상을 초래합니다. 이는 또한 고출력 레이저 생산 및 테스트에서 가장 일반적인 실패 모드 중 하나입니다.

융합 지점은 활성 광섬유의 양쪽 끝 부분에 있는 레이저 공진기 내에 위치합니다. 이는 정확히 전체 광로 내에서 에너지 밀도가 가장 높고 굴절률 및 응력의 균일성이 가장 나쁜 위치입니다. 핵융합 품질이 더욱 저하되면 과도한 국지적 에너지로 인해 코어가 급격히 가열되어 강렬한 열 효과가 발생하고 궁극적으로 코어 융합 효과가 발생하여 핵융합 부분에서 코어 층이 조각화되거나 총알 모양의 구멍이 나타나거나 심지어 직접 용융될 수도 있습니다.

이것으로부터 우리는 좋은 광섬유 융합 기계가 다음과 같은 특징을 가져야 한다는 결론을 내릴 수 있습니다: 1. 광섬유의 세부 사항을 표시하고 좋은 정렬을 준비할 수 있는 선명한 이미징. 2. 시스템과 클램핑 시스템은 높은 정밀도를 요구합니다. 광섬유를 정밀하게 정렬하는 과정에서는 광섬유의 안정성을 유지하고 오류를 최소화해야 합니다. 3. 구조적 정밀도가 매우 까다롭습니다. 광섬유융합기는 수많은 부품으로 구성되어 있어 정밀도가 낮을 ​​경우 코어 배치 및 조정 등 전반적인 과정에서 치명적인 오류를 발생시키게 됩니다. 4. 구조 설계가 합리적이며 고온 및 진동에 강한 저항력을 가지고 있습니다. 장기간 사용을 위한 견고성을 보장합니다.