Composition du système laser à fibre de haute puissance

Composition du système laser à fibre de haute puissance
1. Composition du système
Le laser à fibre haute puissance se compose de quatre parties : une source de pompage, un coupleur de pompage, une fibre active et une tête de sortie laser.
1.1 Source de pompage : La puissance de sortie d’une puce laser est de 10 à 50 W. Selon la demande, 6 à 50 puces sont intégrées et conditionnées. Pour un grand nombre de puces, la combinaison spatiale et la combinaison de faisceaux polarisés permettent d’augmenter la puissance. La puissance d’une source de pompage unique varie de quelques dizaines à plusieurs centaines de watts. Pour atteindre une puissance de l’ordre du kilowatt, il est nécessaire de connecter plus de 10 sources de pompage en série (comme le laser Ruike qui utilise 11 sources de pompage).
1.2 Combinateur de pompes : Produit par la technologie d'épissure par fusion de fibres, plusieurs modules de pompes sont couplés optiquement dans la même fibre.
1.3 Fibre à gain : d'une longueur dépassant souvent 30 mètres, elle est enroulée et fixée sur une plaque de dissipation thermique, utilisant souvent une structure à double gaine dopée à l'ytterbium : diamètre du cœur de 10 à 20 μm, guide d'ondes monomode/à quelques modes, dopé aux ions ytterbium ; le diamètre de la gaine intérieure atteint 400 μm et est utilisé pour transmettre la lumière de pompe multimode.
1.4 Tête de sortie laser : Responsable de la sortie laser finale et peut être connectée à l'équipement de traitement via une interface standard.
2. Principe de fonctionnement de base
2.1 Résonateur pour l'amplification optique : composé d'une paire de réseaux de Bragg sur fibre (FBG) : un réseau à haute réflectivité (réflectivité > 99 %) renvoie la lumière de la longueur d'onde cible (par exemple 1080 nm) vers la fibre amplificatrice ; le réseau couplé à la sortie (réflectivité de 10 % à 50 %) réfléchit partiellement la lumière pour maintenir l'oscillation et la transmet partiellement pour former le signal de sortie. La lumière de pompe excite les ions ytterbium, provoquant une émission spontanée. Les photons dont la longueur d'onde correspond aux exigences sont amplifiés de manière répétée entre les réseaux, formant ainsi un signal laser stable.
2.2 La sélection du mode garantit la qualité du faisceau : d’une part, en raison des limitations du guide d’ondes du petit diamètre de la couche centrale, seule la transmission à faibles pertes du mode fondamental est autorisée ; d’autre part, en exploitant le fort recouvrement entre le mode fondamental et le milieu amplificateur (ions d’ytterbium), ainsi que les fortes pertes des modes d’ordre supérieur, et grâce à une conception de la fibre par courbure permettant de filtrer davantage ces modes, on obtient finalement un faisceau de sortie de haute qualité en mode fondamental avec un facteur M² proche de 1.