A emenda de fusão de fibra determina o limite superior de desempenho para lasers de alta potência.

Nos últimos anos, os lasers de nível de quilowatt tornaram-se gradualmente mais difundidos. O foco da indústria sempre esteve na potência de saída, na qualidade do feixe e na eficiência de conversão luz-luz dos lasers, mas muitas vezes ignora o processo central oculto que determina o limite de vida ou morte do laser - emenda de fusão de fibra óptica.

A má qualidade da emenda pode levar a uma diminuição na eficiência de conversão de luz do laser e causar instabilidade do modo transversal (TMI). Em casos graves, pode resultar diretamente na queima e destruição da fibra óptica, podendo até causar danos permanentes a toda a plataforma do laser.

Este artigo discute a influência do desempenho da emenda a laser de alta potência e explora como selecionar um emendador de fusão de fibra óptica confiável.

1. Por que a fusão de fibra está unindo a 'linha de vida ou morte' para lasers de alta potência?

A verificação da fusão da fibra envolve simplesmente o uso de um arco elétrico de alta tensão para fundir as extremidades de duas fibras ópticas e, em seguida, o uso de um mecanismo de movimento altamente preciso para juntá-las suavemente, permitindo que as duas fibras se fundam em uma, conseguindo a conexão das fibras ópticas e a transmissão fechada completa do caminho óptico. Para lasers com estrutura totalmente em fibra, todo o caminho óptico é inteiramente composto de fibras ópticas e componentes de fibra, e todos os componentes precisam ser conectados por meio de fusão. A qualidade da fusão determina diretamente o limite inferior de desempenho e o limite superior de vida útil de todo o laser.

Nos cenários tradicionais de fibra de comunicação de baixa potência, uma perda de emenda de fusão inferior a 0,2 dB é suficiente para atender aos requisitos de uso. No entanto, em lasers de fibra de cavidade ressonante de alta potência com potência superior a 3 kW, mesmo uma perda de 0,1 dB na emenda por fusão pode levar ao acúmulo térmico fatal, tornando-se o gatilho para a falha do laser.

1. Reduzindo diretamente o desempenho central do laser: perda anormal de potência e eficiência

Os lasers de fibra com estrutura ressonadora de alta potência têm requisitos muito mais elevados para a qualidade da fusão da fibra do que em cenários de baixa potência e estruturas amplificadoras. A fusão de fibras ativas e passivas dopadas com itérbio envolve inevitavelmente certas perdas inerentes, e a má qualidade da fusão fará com que essas perdas sejam exponencialmente ampliadas.

De acordo com os dados de medição reais, quando a emenda não é boa, na condição de alta potência, a eficiência de conversão óptica para óptica do laser será de 1% a 3% menor, e a temperatura da superfície do power stripper de revestimento (CPS) será de 5 a 10 graus Celsius mais alta.

No experimento, para a amostra com a pior qualidade de fusão, a eficiência de conversão óptica para óptica caiu 2,28% e a temperatura do CPS aumentou 11,2 ℃. Em casos mais graves, quando a potência da bomba atingisse 3800W, a potência da luz do sinal estagnaria, a temperatura do CPS aumentaria rapidamente, desencadeando diretamente o efeito TMI, fazendo com que o laser perdesse completamente a capacidade de produzir alta potência de forma estável. Aqui, um conceito central da indústria é adicionado: instabilidade do modo lateral.

(TMI) é um dos principais gargalos para lasers de fibra de alta potência atingirem uma produção de mais de dez mil watts. Em termos simples, à medida que a potência da bomba aumenta, o modo fundamental do laser sofrerá acoplamento não linear com modos de ordem superior, resultando em uma deterioração acentuada da qualidade do feixe e em flutuações significativas na potência de saída. E o efeito térmico causado pelo defeito de emenda por fusão é um dos principais gatilhos do TMI.

2. Risco fatal: A queima do ponto de ruptura da fibra óptica e os danos à plataforma são mais graves do que anormalidades de energia. Eles são causados ​​​​pela má qualidade da fusão, resultando no ponto de ruptura e queima da fibra óptica. Este também é um dos modos de falha mais comuns na produção e teste de lasers de alta potência.

O ponto de fusão está localizado dentro do ressonador laser, em ambas as extremidades da fibra óptica ativa. É precisamente a posição dentro de todo o caminho óptico onde a densidade de energia é mais alta e a uniformidade do índice de refração e da tensão é mais pobre. Quando a qualidade da fusão se deteriora ainda mais, a energia local excessiva fará com que o núcleo aqueça acentuadamente, resultando em efeitos térmicos intensos, desencadeando em última instância o efeito de fusível do núcleo, levando à fragmentação da camada central na seção de fusão, ao aparecimento de cavidades em forma de bala, ou mesmo à fusão direta.

Disto podemos concluir que uma boa máquina de fusão de fibra óptica deve ter as seguintes características: 1. Imagem nítida, capaz de exibir os detalhes das fibras ópticas, preparando-se para um bom alinhamento. 2. O sistema e o sistema de fixação exigem alta precisão. Durante o processo de alinhamento preciso das fibras ópticas, elas precisam permanecer estáveis ​​e minimizar erros. 3. A precisão estrutural é extremamente exigente. A máquina de fusão de fibra óptica possui vários componentes e, se a precisão for baixa, causará erros fatais no processo geral de posicionamento e ajuste do núcleo. 4. O projeto da estrutura é razoável e possui forte resistência a altas temperaturas e vibrações. Garanta robustez para uso a longo prazo.