Évolution technique des lasers à fibre de haute puissance

Évolution technique des lasers à fibre de haute puissance

Optimisation delaser à fibrestructure

1, structure de pompe à lumière spatiale

Les premiers lasers à fibre utilisaient principalement une sortie de pompage optique,laserEn raison de sa faible puissance de sortie, il est plus difficile d'améliorer rapidement la puissance de sortie des lasers à fibre en peu de temps. En 1999, la puissance de sortie des lasers à fibre a dépassé pour la première fois les 10 000 watts. La structure du laser à fibre repose principalement sur le pompage optique bidirectionnel, formant un résonateur. L'efficacité de pente du laser à fibre a atteint 58,3 %.
Cependant, bien que l'utilisation de la lumière de pompage à fibre et de la technologie de couplage laser pour développer des lasers à fibre puisse améliorer efficacement la puissance de sortie des lasers à fibre, il existe en même temps une complexité qui n'est pas propice à la lentille optique pour construire le chemin optique, une fois que le laser doit être déplacé dans le processus de construction du chemin optique, le chemin optique doit également être réajusté, ce qui limite la large application des lasers à fibre à structure de pompage optique.

2, structure d'oscillateur direct et structure MOPA

Avec le développement des lasers à fibre, les décapeurs de gaine ont progressivement remplacé les lentilles, simplifiant ainsi les étapes de développement et améliorant indirectement leur efficacité de maintenance. Cette tendance témoigne de la praticabilité progressive des lasers à fibre. Les structures à oscillateur direct et MOPA sont les deux structures de lasers à fibre les plus courantes sur le marché. Dans la structure à oscillateur direct, le réseau sélectionne la longueur d'onde lors de l'oscillation, puis la restitue. Dans la structure MOPA, la longueur d'onde sélectionnée par le réseau est utilisée comme source lumineuse d'amorçage, amplifiée par l'amplificateur de premier niveau. La puissance de sortie du laser à fibre est ainsi améliorée dans une certaine mesure. Depuis longtemps, les lasers à fibre à structure MPOA sont privilégiés pour les lasers à fibre haute puissance. Cependant, des études ultérieures ont montré que la puissance de sortie élevée dans cette structure peut facilement conduire à l'instabilité de la distribution spatiale à l'intérieur du laser à fibre, et la luminosité du laser de sortie sera affectée dans une certaine mesure, ce qui a également un impact direct sur l'effet de puissance de sortie élevée.

Avec le développement de la technologie de pompage

La longueur d'onde de pompage des premiers lasers à fibre dopée à l'ytterbium est généralement de 915 nm ou 975 nm. Or, ces deux longueurs d'onde correspondent aux pics d'absorption des ions ytterbium. On parle alors de pompage direct. Ce type de pompage n'a pas été largement utilisé en raison des pertes quantiques. La technologie de pompage intrabande est une extension de la technologie de pompage direct : la longueur d'onde entre la longueur d'onde de pompage et la longueur d'onde d'émission est similaire, et le taux de pertes quantiques du pompage intrabande est inférieur à celui du pompage direct.

Laser à fibre haute puissancegoulot d'étranglement du développement technologique

Bien que les lasers à fibre présentent une grande valeur ajoutée dans les secteurs militaire, médical et autres, la Chine a largement favorisé leur utilisation grâce à près de 30 ans de recherche et développement technologique. Cependant, la technologie actuelle présente encore de nombreux obstacles pour développer des lasers à fibre capables de produire une puissance plus élevée. Par exemple, la puissance de sortie d'un laser à fibre peut-elle atteindre 36,6 kW en mode monofibre ? L'influence de la puissance de pompage sur la puissance de sortie du laser à fibre ; et l'influence de l'effet de lentille thermique sur la puissance de sortie du laser à fibre.

De plus, la recherche sur les technologies de laser à fibre à haute puissance doit également prendre en compte la stabilité du mode transverse et l'effet d'obscurcissement photonique. Des études ont montré que l'échauffement de la fibre est le facteur d'influence de l'instabilité du mode transverse, et que l'effet d'obscurcissement photonique se manifeste principalement par une baisse rapide de la puissance de sortie lorsque le laser à fibre produit en continu des centaines de watts ou plusieurs kilowatts, ce qui limite sa puissance de sortie élevée et continue.

Bien que les causes spécifiques de l'obscurcissement photonique ne soient pas encore clairement définies, la plupart des chercheurs pensent que le centre de défaut d'oxygène et l'absorption par transfert de charge peuvent en être la cause. Face à ces deux facteurs, les solutions suivantes sont proposées pour inhiber cet effet. L'utilisation d'aluminium et de phosphore, par exemple, permet d'éviter l'absorption par transfert de charge. La fibre active optimisée est ensuite testée et appliquée. La norme spécifique est de maintenir une puissance de sortie de 3 kW pendant plusieurs heures et une puissance de sortie stable de 1 kW pendant 100 heures.