Fiber Füzyon Ekleme, Yüksek Güçlü Lazerler için Performansın Üst Sınırını Belirler.

Son yıllarda kilovat düzeyindeki lazerler giderek yaygınlaşıyor. Endüstrinin odak noktası her zaman lazerlerin çıkış gücü, ışın kalitesi ve ışıktan ışığa dönüşüm verimliliği olmuştur, ancak lazer optik fiber füzyon birleştirmenin yaşam ve ölüm sınırını belirleyen gizli çekirdek sürecini sıklıkla gözden kaçırmaktadır.

Kötü birleştirme kalitesi, lazerin ışık dönüştürme verimliliğinde bir azalmaya yol açabilir ve enine mod kararsızlığına (TMI) neden olabilir. Ciddi durumlarda, doğrudan fiber optiklerin yanmasına ve tahrip olmasına neden olabilir ve hatta tüm lazer platformunda kalıcı hasara neden olabilir.

Bu makale, yüksek güçlü lazer birleştirme performansının etkisini tartışıyor ve güvenilir fiber optik füzyon birleştiricinin nasıl seçileceğini araştırıyor.

1. Fiber füzyon neden yüksek güçlü lazerler için 'yaşam veya ölüm çizgisini' birleştiriyor?

Fiber füzyonunun kontrol edilmesi, iki optik fiberin uçlarını kaynaştırmak için yüksek voltajlı bir elektrik arkının kullanılmasını, ardından bunları düzgün bir şekilde bir araya getirmek için son derece hassas bir hareket mekanizmasının kullanılmasını, iki fiberin tek bir fiber halinde birleşmesine izin vererek optik fiberlerin bağlantısını ve optik yolun tamamen kapalı iletimini sağlamayı içerir. Tamamı fiber yapılı lazerler için optik yolun tamamı tamamen optik fiberlerden ve fiber bileşenlerden oluşur ve tüm bileşenlerin füzyon yoluyla bağlanması gerekir. Füzyonun kalitesi, tüm lazerin performans alt sınırını ve ömrünün üst sınırını doğrudan belirler.

Geleneksel düşük güçlü iletişim fiber senaryolarında, 0,2 dB'den daha düşük bir füzyon birleştirme kaybı, kullanım gereksinimlerini karşılamak için yeterlidir. Bununla birlikte, gücü 3 kW'ı aşan yüksek güçlü rezonans kaviteli fiber lazerlerde, 0,1 dB'lik bir füzyon birleştirme kaybı bile ölümcül termal birikime yol açarak lazerin arızalanmasına neden olabilir.

1. Lazerin çekirdek performansının doğrudan düşürülmesi: anormal güç ve verimlilik kaybı

Yüksek güçlü rezonatör yapısına sahip fiber lazerler, fiber füzyonunun kalitesi açısından düşük güçlü senaryolara ve amplifikatör yapılarına göre çok daha yüksek gereksinimlere sahiptir. İterbiyum katkılı çift kaplı aktif ve pasif fiberlerin füzyonu kaçınılmaz olarak belirli doğal kayıpları içerir ve zayıf füzyon kalitesi, bu kayıpların katlanarak büyümesine neden olur.

Gerçek ölçüm verilerine göre, birleştirme iyi olmadığında, yüksek güç durumunda, lazerin optikten optiğe dönüşüm verimliliği %1 ila %3 daha düşük olacak ve kaplama güç sıyırıcısının (CPS) yüzey sıcaklığı 5 ila 10 santigrat derece daha yüksek olacaktır.

Deneyde, en düşük füzyon kalitesine sahip numune için optikten optiğe dönüşüm verimliliği %2,28 düştü ve CPS sıcaklığı 11,2°C arttı. Daha ciddi durumlarda, pompa gücü 3800W'a ulaştığında, sinyal ışığı gücü duracak, CPS sıcaklığı hızla yükselecek ve doğrudan TMI etkisini tetikleyerek lazerin istikrarlı bir şekilde yüksek güç üretme yeteneğini tamamen kaybetmesine neden olacaktır. Buraya temel bir endüstri konsepti ekleniyor: yanal mod kararsızlığı.

(TMI), yüksek güçlü fiber lazerlerin on bin watt'ın üzerinde çıktı elde etmesinin temel darboğazlarından biridir. Basit bir ifadeyle, pompa gücü arttıkça lazerin temel modu, yüksek dereceli modlarla doğrusal olmayan bir eşleşmeye maruz kalacak ve bu da ışın kalitesinde keskin bir bozulmaya ve çıkış gücünde önemli dalgalanmalara neden olacaktır. Ve füzyon birleştirme kusurunun neden olduğu termal etki, TMI için temel tetikleyicilerden biridir.

2. Ölümcül Risk: Optik fiber kırılma noktasının yanması ve platformun hasar görmesi, güç anormalliklerinden daha ciddidir. Bunlar, zayıf füzyon kalitesinden kaynaklanır ve optik fiberin kırılma noktasına ve yanmasına neden olur. Bu aynı zamanda yüksek güçlü lazerlerin üretimi ve testinde en yaygın arıza modlarından biridir.

Füzyon noktası, aktif optik fiberin her iki ucunda, lazer rezonatörünün içinde bulunur. Bu tam olarak tüm optik yol içerisinde enerji yoğunluğunun en yüksek olduğu ve kırılma indisi ve stresin tekdüzeliğinin en zayıf olduğu konumdur. Füzyon kalitesi daha da kötüleştiğinde, aşırı yerel enerji, çekirdeğin keskin bir şekilde ısınmasına neden olacak, bu da yoğun termal etkilere neden olacak ve sonuçta çekirdek sigorta etkisini tetikleyerek füzyon bölümünde çekirdek katmanının parçalanmasına, kurşun şeklinde boşlukların ortaya çıkmasına ve hatta doğrudan erimeye yol açacaktır.

Buradan, iyi bir fiber optik füzyon makinesinin aşağıdaki özelliklere sahip olması gerektiği sonucuna varabiliriz: 1. Optik fiberlerin ayrıntılarını görüntüleyebilen ve iyi bir hizalamaya hazırlık yapabilen net görüntüleme. 2. Sistem ve bağlama sistemi yüksek hassasiyet gerektirir. Optik fiberlerin hassas hizalama işlemi sırasında sabit kalmaları ve hataları en aza indirmeleri gerekir. 3. Yapısal hassasiyet son derece zorludur. Optik fiber füzyon makinesinin çok sayıda bileşeni vardır ve hassasiyet düşükse, çekirdek yerleştirme ve ayarlamanın genel sürecinde ölümcül hatalara neden olur. 4. Yapı tasarımı makul olup, yüksek sıcaklıklara ve titreşimlere karşı güçlü bir dirence sahiptir. Uzun süreli kullanım için sağlamlığı sağlayın.