Сварка волокон определяет верхний предел производительности мощных лазеров.

В последние годы постепенно получают все большее распространение лазеры киловаттного уровня. В центре внимания отрасли всегда были выходная мощность, качество луча и эффективность преобразования света в свет лазеров, но она часто упускала из виду скрытый основной процесс, который определяет предел жизни и смерти лазера - сварка оптических волокон.

Плохое качество сварки может привести к снижению эффективности преобразования света лазера и вызвать нестабильность поперечной моды (TMI). В тяжелых случаях это может привести к возгоранию и разрушению оптического волокна и даже к необратимому повреждению всей лазерной платформы.

В этой статье обсуждается влияние производительности высокомощной лазерной сварки и исследуется, как выбрать надежный сварочный аппарат для оптоволокна.

1. Почему сварка волокон является «линией жизни и смерти» для мощных лазеров?

Проверка сплавления волокон заключается в том, чтобы просто с помощью высоковольтной электрической дуги сплавить концы двух оптических волокон, а затем с помощью высокоточного механизма движения плавно сдвинуть их вместе, позволяя двум волокнам слиться в одно, добиваясь соединения оптических волокон и полной замкнутой передачи оптического пути. В лазерах с полностью волоконной структурой весь оптический путь полностью состоит из оптических волокон и волоконных компонентов, и все компоненты должны быть соединены посредством сварки. Качество сварки напрямую определяет нижний предел производительности и верхний предел срока службы всего лазера.

В традиционных сценариях использования оптоволокна связи малой мощности потери при сварке менее 0,2 дБ достаточны для удовлетворения требований использования. Однако в мощных волоконных лазерах с резонансным резонатором мощностью более 3 кВт даже потери на сварке в 0,1 дБ могут привести к фатальному накоплению тепла, становясь триггером выхода лазера из строя.

1. Непосредственное снижение основных характеристик лазера: ненормальная потеря мощности и эффективности.

Волоконные лазеры с резонаторной структурой высокой мощности предъявляют гораздо более высокие требования к качеству сварки волокон, чем в маломощных сценариях и структурах усилителей. Сварка активных и пассивных волокон с двойной оболочкой, легированных иттербием, неизбежно приводит к определенным внутренним потерям, а плохое качество сварки приведет к экспоненциальному увеличению этих потерь.

Согласно фактическим данным измерений, при плохом сращивании в условиях высокой мощности эффективность оптического преобразования лазера будет на 1–3% ниже, а температура поверхности устройства снятия мощности оболочки (CPS) будет на 5–10 градусов Цельсия выше.

В эксперименте для образца с наихудшим качеством сварки эффективность оптического преобразования в оптическое снизилась на 2,28%, а температура CPS выросла на 11,2℃. В более серьезных случаях, когда мощность накачки достигает 3800 Вт, мощность сигнального света прекращается, температура CPS быстро повышается, что непосредственно вызывает эффект TMI, в результате чего лазер полностью теряет способность стабильно выдавать высокую мощность. Здесь добавлена ​​основная отраслевая концепция: нестабильность латеральной моды.

(TMI) является одним из основных узких мест для мощных волоконных лазеров, мощность которых превышает десять тысяч ватт. Проще говоря, с увеличением мощности накачки основная мода лазера будет испытывать нелинейную связь с модами более высокого порядка, что приведет к резкому ухудшению качества луча и значительным колебаниям выходной мощности. А термический эффект, вызванный дефектом сварки, является одним из основных триггеров TMI.

2. Фатальный риск: возгорание места разрыва оптического волокна и повреждение платформы являются более серьезными, чем сбои в питании. Они вызваны плохим качеством сварки, что приводит к разрыву и возгоранию оптического волокна. Это также один из наиболее распространенных видов отказов при производстве и испытаниях мощных лазеров.

Точка плавления расположена внутри лазерного резонатора, на обоих концах активного оптического волокна. Именно в этом положении на всем оптическом пути плотность энергии самая высокая, а однородность показателя преломления и напряжения самая низкая. При дальнейшем ухудшении качества термоядерного синтеза чрезмерная локальная энергия вызовет резкий нагрев активной зоны, что приведет к интенсивным тепловым воздействиям, в конечном итоге вызывающим эффект плавления активной зоны, приводящий к фрагментации слоя активной зоны в зоне плавления, появлению пулеобразных полостей или даже к прямому плавлению.

Из этого можно сделать вывод, что хорошая машина для сварки оптических волокон должна обладать следующими характеристиками: 1. Четкое изображение, способное отображать детали оптических волокон и подготавливать их к хорошему выравниванию. 2. Система и система зажима требуют высокой точности. В процессе точного выравнивания оптических волокон они должны оставаться стабильными и минимизировать ошибки. 3. Конструктивная точность чрезвычайно требовательна. Машина для сварки оптического волокна состоит из множества компонентов, и если точность низкая, это приведет к фатальным ошибкам в общем процессе размещения и регулировки сердечника. 4. Конструкция конструкции разумна и устойчива к высоким температурам и вибрациям. Обеспечьте надежность для длительного использования.