Fiiberoptilise laseri tööpõhimõte. Kiudlaserid: võimsad üherežiimilised kiudlaserid Mis on kiudlaser

Selliste masinate keskmes on fiiberoptiline laser. Seda eristab väga kõrge kiirguse kvaliteet seadme väikeste mõõtmetega. Lisaks on seadmeid lihtne jahutada ega vaja töömahukat hooldust. Kiudlaseriga graveerijaid kasutatakse laialdaselt sellistes valdkondades nagu:

• suveniiride tootmine;
• autotööstus, meditsiiniseadmete tootmine ja muud tööstusharud, kus nõutakse kvaliteetset korrosioonikindla osa märgistamist;
• ehete ja juveelide tootmine;
• monumentide ja rituaaltoodete tootmine;
• mööbli ja sisustuselementide kaunistamine.

Kiudlaseriga graveerijad on veidi kallimad kui CO2 masinad. Kuid seda asjaolu kompenseerivad mitmed eelised, mis sellistel seadmetel on:

• suurem efektiivsus, mille tõttu laserit iseloomustab hea võimsusega madal energiatarve;
• kiudlasergraveerijate töö põhineb dioodide kasutamisel, mida iseloomustab kompaktsus, töökindlus ja vastupidavus;
• Üliväike kiire suurus rohkemate jaoks kõrgresolutsiooniga graveerimisel ja võimaldab luua suurepäraste detailidega mikroskoopilisi pilte.

Kuidas valida kiudlaseriga graveerijat

Seadmete ostmisel peate pöörama tähelepanu järgmistele omadustele:

• võimsus. See peab vastama töödeldava materjali tüübile, samuti masina nõutavale tootlikkusele;
• graveerimisvälja mõõtmed. Need määravad kindlaks töödeldava detaili maksimaalsed mõõtmed, mida masin saab töödelda;
• funktsionaalsus ja lisavõimaluste kättesaadavus.

Ytterbiumkiudlaseri tehnilised eelised.

Telesise toodetud kiudlaserid, nt Zenith 10FQ, esindavad kaasaegset ja ainulaadset laserkiire genereerimise kontseptsiooni; optiline kiud on keskkond, mis laserit genereerib.

Tüüpilistel dioodpumbaga tahkislaseritel (DPSSL) on fiiberoptilised valgusallikad, mida kasutatakse valguse edastamiseks kaugesse kristalli, mis on laseri genereerimise vahend. Traditsioonilisi dioodiga pumbatavaid pooljuhtlasereid (DPSSL-e) võib kirjeldada kui "kaugdioodvalgusallikat, mis edastab valgust piki kiudu, mille ülesandeks on valguse pumbamine tahkiskristallidesse". Enamik tänapäeval turul olevaid DPSSL-süsteeme (dioodpumbaga pooljuhtlaser) on servapumbaga dioodpumbaga laserid.

Kiudlaseri disain Zenith 10FQ on läbimurre lasertehnoloogias ja on paljude sõjaväe- ja telekommunikatsioonivaldkonnas kasutatavate laserite tehniliste arenduste kohandamine. Telesis Corporation on need rakendanud tehnilisi arenguid tööstuslikes lasermärgistussüsteemides. Pidades silmas selle ajalooline areng Telesise kiudlasereid on lihtsam integreerida tööstusprotsessidesse ja kohandada paljude rakendustega kui traditsioonilisemad dioodpumbaga kiudlaserid.

Kiudlaserite tehnilised eelised nagu Zenith 10FQ, võrreldes traditsiooniliste dioodpumbaga laseritega:

Kiudlaserid ei olevajavad erilist hooldust

1. Tõestatud tahkistehnoloogia

   • Vähem hooldust vajavaid komponente

Ei vajadus kohandada valgusallikat pumpamiskambri optikaga

• Optika pumbakamber on "sisseehitatud" aktiivkiu sisse

Ei vajadus optimeerida laservalgusallikat

• Tootja juuresjoodi valgusallikas on fikseeritud laserit genereerivas aktiivkiudkeskkonnas optimeeritud asendisse.

Ei vajadus valida käsitsi dioodvalgusallikaid kitsas tööaknas, et jõudlust optimeerida.

• Dioodvalgusallikad hõlmavad laia spektrit, mis pikendab märkimisväärselt dioodi eluigaja tagab stabiilse jõudluse.

  Diood Valgusallikad on lairibaühendusega ja toodetud vastavalt rangetele nõuetele telekommunikatsiooniseadmete pidevaks kasutamiseks ekstreemsetes tingimustes. Tehnilised andmed pakkuda tooteparameetreid, mis on kaks korda suuremad kui need, mida tööstuslikes rakendustes kunagi nõutakse.

Isekalibreerimine, "seadista ja unusta"laser järelevalveta kasutamiseks 24 tundi ööpäevas, 7 päeva nädalas.

• Süsteem Zenith 10FQ jälgib automaatselt laserallika võimsust, reageerides pidevalt olukorrale, mis võimaldab säilitada võimsustaset sõltumata rakendatud pinge muutustest või üksikute dioodide võimalikust kergest halvenemisest.

  Lasersüsteemis Zenith ® isegi kõige ebatõenäolisema stsenaariumi korral, kui üks diood ebaõnnestub (igas süsteemis 6 pumbadioodi), reguleerivad teised dioodid automaatselt oma võimsust, et kaotust kompenseerida.

Keskmine MTBF on 100 000 tundi pidevat tööd.

Testitud reaalsetes tingimustes

• tuhandeid kiudlasereid kasutatakse ööpäevaringselt militaar- ja telekommunikatsioonisektoris.

Kiudlaserid Zenith ® võivad töötada karmimas keskkonnas kui traditsioonilised laserid.

1. Tahkisdisain võimaldab laseril olla vastupidav suurematele temperatuurikõikumistele, kui dioodpumbaga laser suudab.

   Optika pumpamiskambri süsteemZenith 10FQ "jootmine" aktiivkiu sisse, mis võimaldab paigaldust kasutada kõrge õhuniiskuse tingimustes, kuni 90% (ilma kondensaadita), mis on palju suurem väärtus kui traditsiooniliste dioodpumbaga laserite piirangud kaitsmata pumbakambri optikaga. .

Kiudlaser standardvarustuses Zenith 10FQ on paneeli sisse ehitatud võimsusmõõdik ja veaindikaatorid.

• Digitaalsed võimsusmõõturid näitavad tegelikku laservõimsust kontrolleri esiküljel. Veaindikaatorid paneelil annavad kohest teavet lasermärgistussüsteemi oleku kohta.

  isekalibreerivLaseri võimsus, võimsusmonitor ja veaindikaatorid ning dioodide pikk kasutusiga ja üleliigsed vooluringid tähendavad, et operaator ei pea iganädalasi kontrolle ja reguleerimisi tegema, mis on standardsete servapumbaga lasersüsteemide lahutamatu osa.

Õhk jahutamine, soojuse hajumine

1. Telesikiudlaserid töötab jahedamalt kui ükski teine ​​laser tänu oma suurepärasele võimsuse muundamise efektiivsusele.

   • Pole vaja lekkivat vesijahutust ega keerulisi jahutusringe, näiteks aktiivjahutusplaate Termoelektriline mis võib ebaõnnestuda.

ühemoodiline kiudpeaaegu täiusliku talaprofiiliga etteandejoon

1. Stabiilsus tala töö ajal tähendab kvaliteetset märgistamist ja märgi moodustamist, olenemata seadistustest.

   • Kiire kvaliteet (tegur M 2) laserile Zenith 10FQ on väiksem kui 2 (vahemikus 1,5–1,8 sõltuvalt valitud optikast), mis loob metalli ja plasti märgistamiseks optimaalse valgusvihu.

     Kiirprofiili kvaliteet jääb samaks, kui töövahemik on dünaamiline vahemikus 0,01 kuni 10 W väljundvõimsust (erinevalt enamikust dioodpumbaga süsteemidest, mis on ebastabiilsed töövahemiku alumises 5% ja ülemises 10% ulatuses).

Ideaalne Kiirprofiil tähendab, et tootele saab suunata suurema energiataseme, mis võimaldab:

• rohkem trenni tehakiire ja sügav märgistus materjalile

  Saada kvaliteetne teravustatav valgusvihk, mis on paremini juhitav soovimatuks ümbervalamiseks ja eksponeerimiseks kuumtöötlus tsoonid.

  Lühendage töötsüklit

Suur kiirus kordatala kvaliteediteguri koormuse modulatsioon (tala Q-lülitus)

1. kõrge Optimeeritud impulssidega kordussagedus saavutab selle, mida mõnikord nimetatakse "jahedamaks laserkiireks"

   • Piirab Plasti, fooliumi, paberi või substraadi soovimatu põlemine.

     Saab märkige laiem valik plastmaterjale, saavutades kontrasti, muutes samal ajal värvi ainult märgitud ala.

     Piiratud Vähendab gaaside eraldumist materjalide, näiteks plastide märgistamisel, mille tulemuseks on jäätmete ebaühtlane kogunemine mõnele materjalile.

     Märgistussügavust on lihtsam reguleerida.

Lihtne ja standardne vahelduvvooluühendus ning kõrge efektiivsusega elektritarbimine

1. Üks võimsamaid lasereid, mis eales ehitatud

   • Koguvool Zenith 10FQ (ainult laseriga) on ainult 2 A. Toitepinge on 230 V, 60 Hz. Märge : toite elekter peab olema kaitstud 250V 6A juures

Väliste seadmete või automaatse toiteseadmete lisamisel suureneb vool, mis suurendab kogu süsteemi energiatarbimist.

Väline vesijahutus pole vajalik.

Energiatõhusus on kaks korda suurem kui parimal dioodpumbaga süsteemil.

• Kui süsteem töötab Zenith 10FQ (ainult laser) tarbib alla 600 W. Tavaline dioodpumbaga laser tarbib rohkem kui 1,15 kW.

  Aja jooksul märgistamise lasersüsteem Zenith 10FQ saavutab olulise säästu energiatarbimises

Zenith 10FQ vähem vastuvõtlikud väikestele muutustele toiteallikas kui enamik dioodpumbaga lasersüsteeme.

• Kasutab maksimaalse jõudluse saavutamiseks lairiba dioode

  Sisemine juhtimisahel laservõimsuse korrigeerimiseks

Lihtne ja ratsionaalne tööstus disain

1. Sisseehitatud punane valgusdiood, mis on fokusseeritud laseri põhisuunaga

   • Lihtne seadistamine ja tühikäigu käivitamine

Kaugus laserkontrolleri ja teravustamisoptilise seadme vahel võib olla kuni 5 meetrit ( Telesis jätab endale õiguse konfigureerida toitekiu pikkust, et optimeerida konkreetseid kasutustingimusi).

• väike kerge pea saab integreerida peaaegu igas asendis.

  Paindlik tugevdatud kaitse optiliste osade ümber

Standard 19-tolline rack-mount kontroller

• Kergesti paigaldada olemasolevale tootmisliinile või uude spetsiaalsesse tööjaama.

Juhtimine paindliku kaudu, täiustatud, tavaline personaalarvuti.

• Tavalised lauaarvutid ja monitorid

  Lisavarustusena saadaval liideskaartidega kaasaskantavad arvutid

Hoolduse lihtsus

1. Pole vaja kululampe ega filtreid

   Lihtsustatud Modulaarne konstruktsioon sisaldab nelja seadet, mida võib vajada hooldada või vahetada mis tahes kohapealne tehnik.

   • arvuti või tarkvara

     Laserkontroller / laserallikas

     Soomustatud kaabel / kaabli liides

     Fokuseeriv optiline seade

Kiudlaseri majanduslikud eelised Zenith 10FQ

1. Garantii
   1. Garantii dioodvalgusallikatele Zenith 10FQ on uskumatud 20 000 tundi (mõõdetuna laserallika sisseehitatud taimeriga) või kaks aastat alates tarnekuupäevast.
      • Nende kiudlaserite kasutamise kogemus näitab, et MTBF on keskmiselt umbes 75 000 tundi. (Reklaamime seda saavutust kui "Üle 50 000 süsteemi toimimise ilma hoolduseta").
   2. Enamik servapumbaga dioodpumbaga süsteeme pakub valgusallikale ainult 10 000-tunnist garantiid, kuna tööks on vaja käsitsi valitud kitsariba dioodisid ja laserit genereeriva kaugpumbaga kristalli ülekoormust. Mõned ettevõtted pakuvad keerulist 15 000 tunni proportsionaalset skeemi, kus maksate dioodiallika "tarbimise" aja protsendi eest.
      • Dioodpumbaga süsteemide algusaegadel oli eesmärk saavutada 10 000 tundi MTBF.
      • Uue põlvkonna dioodpumbaga süsteemide kasutamise kogemus näitab keskmine tähtaeg MTBF - umbes 15 000 tundi.
      • Kasutades Zenith 10FQ see juhtub 50 000 ja 100 000 tunni vahel, kusjuures 75 000 tundi on keskmine.
        • Näiteks kolme vahetusega, 24 tundi ööpäevas, 50 nädalat, saame 8400 tundi aastas; siis MTBF 75 000 tundi tähendab dioodi vahetust iga 9 aasta järel süsteemi kasutamise ajal Zenith 10FQ .
      • Dioodi asendamine dioodiga pumbatavas süsteemis toimub 10 000 kuni 20 000 tunni jooksul, keskmiselt 15 000 tundi.
        • Näiteks kolme vahetusega, 24 tundi ööpäevas, 50 nädalat, saame 8400 tundi aastas; siis MTBF 15 000 tundi tähendab dioodi vahetust iga 2 aasta tagant, kui kasutatakse dioodpumbaga süsteeme.
2. Pikk kasutusiga enne osade vahetamise vajadust
   1. Lõpuks tuleb kõik dioodvalgusallikad kasutaja kulul välja vahetada või hooldada.
3. Kasutuskulud (eelis Zenith 10FQ )
   1. Halvimal juhul.
      • Zenith® 10F dioodvalgusallika asendamise maksumus on umbes 8550 dollarit. Tüüpilise otsapumba dioodisüsteemi valgusallika asendamise maksumus on umbes 7500 dollarit. Halvimal juhul kasutamisel Zenith 10FQ kui valgusallikas tuleb garantiivälisel ajal välja vahetada, arvutage valgusallika asendamise maksumuseks pärast 50 000 tunnist garantiiaega 8500 dollarit. 1,8 500 dollarit jagatud 50 001 tunniga, mis on 0,17 dollarit tunnis, kui seda kasutatakse Zenith 10FQ (halvimal juhul).
      • Halvimal juhul, kasutades tüüpilist servapumbaga dioodisüsteemi, arvutame 7500-dollarise valgusallika vahetuse maksumuse pärast 10 000-tunnist garantiid. 17 500 dollarit jagatud 10 001 tunniga, mis on 0,75 dollarit tunnis, kasutades dioodpumbaga süsteemi (halvimal juhul).
   2. Parim stsenaarium. Samas kui keskmine aeg kiudlasersüsteemi rikete vahel on Zenith 10FQ on 100 000 tundi ja tüüpiline dioodpumbaga süsteem on 15 000 tundi, siis:
      • Kell parim variant arendused Zenith 10FQ 8500 dollarit maksva valgusallika asendamine 100 000 tunni MTBF-iga oleks: 8500 dollarit jagatud 100 000 tunniga, mis oleks 0,09 dollarit tunnis kasutades Zenith 10FQ (parimal juhul).
      • Tüüpilise servapumbaga süsteemi parimal juhul oleks 7500-dollarise valgusallika asendamine 15 000 tunni MTBF-iga: 7500 dollarit jagatud 15 000 tunniga, mis oleks 0,50 dollarit tunnis dioodpumbaga süsteemi puhul (parimal juhul). ) .
4. Päevane energiatarbimine
   1. Kiudlaserite energiatõhusus on kaks korda suurem parimad süsteemid dioodi pumpamisega. Zenith® 10FQ täisvõimsusel (ainult laseriga) töötamisel kulub vähem kui 600 vatti elektrienergiat.
      • Näiteks kasutamisel Zenith 10FQ , kui keskmiselt maksab kWh 2 rubla. kW kohta; siis on ühe päeva pidev tarbimine 600 W / h, korrutatuna 24 tunniga, võrdub 14,4 kW.
      • Hind 1 kW 2 rubla. maksimaalne päevakulu on: 2 rubla. X 14,4 kW = 28,80 rubla. kasutades Zenith 10FQ .
   2. Tüüpiline dioodpumbaga süsteem tarbib üle 1,15 kW elektrienergiat.
      • Näiteks dioodpumbaga süsteemi kasutamisel maksab kWh keskmiselt 2 rubla. kW kohta; siis on ühe päeva pidev tarbimine 1,150 W / h korrutatuna 24 tunniga võrdub 27,6 kW.
      • Hind 1 kW 2 rubla. maksimaalne päevakulu on: 2 rubla. X 27,6 kW = 55,20 rubla. kasutades tüüpilist dioodpumbaga süsteemi.

Kiudlaseri eelised diood- ja lamppumbaga laserite ees

Parim kiire kvaliteet

Suurem elektriline kasutegur

Suur töökindlus

Madalad tegevuskulud

Madalad hoolduskulud

väike suurus

Kaugkiire ülekanne

Garantii - 20 tuhat töötundi

MTBF 30 kuni 50 tuhat tundi. Keskmine aeg - 100 tuhat tundi enne laserpumba elemendi riket

Kiudlaser on täielikult või osaliselt fiiberoptilise teostusega laser, kust optiline kiud valmistatakse võimenduskeskkond ja mõnel juhul ka resonaator.

Kiudlaser on täielikult või osaliselt fiiberoptilise teostusega laser, kust optiline kiud A valmistatakse võimenduskeskkond ja mõnel juhul ka resonaator. Sõltuvalt kiudude rakendamise astmest võib laser olla täiskiud (aktiivne meedium ja resonaator) või diskreetkiud (ainult kiudresonaator või muud elemendid).

Kiudlaserid võivad töötada nii pidevate kui ka nano- ja femtosekundiliste impulssimpulssidena.

Disain laser oleneb nende töö iseloomust. Resonaatoriks võib olla Fabry-Perot süsteem või ringresonaator. Enamikus konstruktsioonides kasutatakse aktiivse kandjana optilist kiudu, mis on legeeritud haruldaste muldmetallide elementide ioonidega - tulium, erbium, neodüüm, ütterbium, praseodüüm. Laser pumbatakse ühe või mitme laserdioodi abil otse fiibersüdamikusse või suure võimsusega süsteemides sisekatte sisse.

Kiudlasereid kasutatakse laialdaselt tänu laiale parameetrite valikule, võimalusele häälestada impulssi laias kestuse, sageduse ja võimsuse vahemikus.

Kiudlaserite võimsus on 1 W kuni 30 kW. Optilise kiu pikkus on kuni 20 m.

Kiudlaserite rakendused:

– lõikamine metallid ja polümeerid tööstuslikus tootmises,

– täppis lõikamine,

– mikrotöötlus metallid ja polümeerid

– Pinnatöötlus,

– jootmine,

– kuumtöötlus,

– toote märgistus,

– telekommunikatsioon (kiudoptilised sideliinid),

– elektroonika tootmine,

– meditsiiniseadmete tootmine,

– teaduslik aparatuur.

Kiudlaserite eelised:

– kiudlaserid on ainulaadne tööriist, mis avaneb uus ajastu materjalide töötlemisel

– Kiudlaserite kaasaskantavus ja lainepikkuse valik võimaldavad rakendada uusi tõhusad rakendused ligipääsmatu muud tüüpi praegu olemasolevatele laseritele,

– on teistest laseritüüpidest paremad peaaegu kõigi oluliste parameetrite poolest, mis on nende seisukohast olulised tööstuslikuks kasutamiseks,

– võimalus seadistada impulssi laias pikkuses, sagedustes ja võimsustes,

– võimalus seadistada vajaliku sagedusega ja suure tippvõimsusega lühikeste impulsside jada, mis on vajalik näiteks lasergraveerimine,

– lai valik valikuid.

Erinevat tüüpi laserite võrdlus:

2000w cw opto raycus impulss-ytterbium kiudlaser 50w 100kw osta tootja
tahkiskiudlaserid
metalli lõikamine vineer vinge cernark graveerimine fiiberlaser sügavgraveerimise režiimid
ytterbium kiudlaserseade
fiibermasin müüa laserit
tööpõhimõte fryazino tootmine 1,65 mikronit tehnoloogia ytterbium osta hind ipg hj 1 optika metalli lõikamiseks graveerimine impulss tööpõhimõte masin optiline rakendus võimsus tee-seda-ise seadme skeem lainepikkus keevitamine tootja lõikab laineid

Nõudluse määr 902

Probleemi uurimine laser lõikamine metallide puhul on vaja alustada laseri füüsiliste aluste kaalumisest. Kuna edaspidi selles töös viiakse kõik õhukese lehtmaterjalide laserlõikamise täpsuse uuringud läbi laserkompleksil, kasutades ytterbium fiiberlaserit, siis käsitleme fiiberlaserite seadet.

Laser on seade, mis muundab pumba energia (valgus-, elektri-, soojus-, keemilise jne) koherentse, monokromaatilise, polariseeritud ja kitsalt suunatud kiirgusvoo energiaks.

Kiudlaserid töötati välja suhteliselt hiljuti, 1980. aastatel. Praeguseks on teada kuni 20 kW võimsusega fiiberoptoloogiliste laserite mudeleid. Nende spektraalne koostis on vahemikus 1 kuni 2 µm. Selliste laserite kasutamine võimaldab pakkuda erinevaid kiirguse ajalisi omadusi.

Viimasel ajal on kiudlaserid aktiivselt asendanud traditsioonilisi lasereid sellistest lasertehnoloogia valdkondadest nagu näiteks metallide laserlõikamine ja -keevitus, markeerimine ja pinnatöötlus, trükkimine ja kiirlaserprintimine. Neid kasutatakse laserkaugusmõõturites ja 3D-lokaatorites, telekommunikatsiooniseadmetes, meditsiiniseadmetes jne.

Kiudlaserite peamised tüübid on cw ühemoodilised laserid, sealhulgas ühe polarisatsiooniga ja ühe sagedusega laserid; impulsskiudlaserid, mis töötavad Q-lülitusega, režiimilukuga ja suvalise modulatsiooni režiimides; timmitavad kiudlaserid; superluminestseeruvad kiudlaserid; suure võimsusega cw mitmemoodilised kiudlaserid.

Laseri tööpõhimõte põhineb valguse edastamisel fotodioodilt mööda pikka kiudu. Kiudlaser koosneb pumbamoodulist (tavaliselt lairiba LED-idest või laserdioodidest), optilisest kiust, milles generatsioon toimub, ja resonaatorist. Valgusjuht sisaldab toimeainet (legeeritud optiline kiud – erinevalt tavapärastest optilistest lainejuhtidest ilma ümbriseta südamik) ja pumbalainejuhte. Resonaatori konstruktsioon määratakse tavaliselt lähteülesandega, kuid enamlevinud klassid saab eristada: Fabry-Perot resonaatorid ja ringresonaatorid. Tööstusseadmetes kombineeritakse väljundvõimsuse suurendamiseks mõnikord mitu laserit ühte paigaldusse. Joonisel fig. 1.2 näitab kiudlaserseadme lihtsustatud diagrammi.

Riis. 1.2. Kiudlaseri tüüpiline skeem.

1 - aktiivne kiudaine; 2 - Braggi peeglid; 3 - pumpamisseade.

Aktiivse optilise kiu peamine materjal on kvarts. Kvartsi suure läbipaistvuse tagavad aatomite energiatasemete küllastunud olekud. Dopinguga sisestatud lisandid muudavad kvartsi absorbeerivaks keskkonnaks. Pumba kiirguse võimsust reguleerides on sellises keskkonnas võimalik tekitada energiatasemete populatsioonide pöördseisund (st kõrge energiatasemed täituvad rohkem kui põhilised). Lähtudes resonantssageduse (telekommunikatsiooni infrapuna vahemiku) ja madala läve pumba võimsuse nõuetest, tehakse doping reeglina lantaniidrühma haruldaste muldmetallide elementidega. Üks levinumaid kiudude liike on laser- ja võimendussüsteemides kasutatav erbium, mille tööpiirkond jääb lainepikkuste vahemikku 1530-1565 nm. Tulenevalt metastabiilse tasandi alamtasanditelt maapinnale üleminekute erineva tõenäosusega on genereerimise või võimenduse efektiivsus tööpiirkonna erinevatel lainepikkustel erinev. Haruldaste muldmetallide ioonidega dopingu määr sõltub tavaliselt toodetava aktiivkiu pikkusest. Kuni mitmekümne meetri piires võib see ulatuda kümnetest tuhandete ppm-ni ja kilomeetripikkuste puhul 1 ppm või vähem.

Braggi peeglid – hajutatud Braggi reflektor – on kihiline struktuur, milles materjali murdumisnäitaja muutub perioodiliselt ühes ruumilises suunas (kihtidega risti).

Optiliste lainejuhtide pumpamiseks on erinevaid konstruktsioone, millest enim kasutatakse puhaskiudkonstruktsioone. Üks võimalus on paigutada aktiivkiud mitme ümbrise sisse, millest välimine on kaitsev (nn topeltkattega kiud). Esimene kest on valmistatud mitmesaja mikromeetrise läbimõõduga puhtast kvartsist ja teine polümeermaterjal, mille murdumisnäitaja on valitud oluliselt madalamaks kui kvartsil. Seega loovad esimene ja teine ​​kattekiht suure ristlõikega ja numbrilise avaga mitmemoodilise lainejuhi, millesse pumbakiirgus käivitatakse. Joonisel fig. Joonisel 1.3 on kujutatud topeltkattega kiududel põhineva laseri pumpamist.

Riis. 1.3. Topeltkattega kiududel põhineva laseri pumpamise skeem.

Kiudlaserite eelisteks on traditsiooniliselt oluline resonaatori pindala ja selle ruumala suhe, mis tagab kvaliteetse jahutuse, räni termilise stabiilsuse ning sarnaste võimsus- ja kvaliteedinõuete klasside seadmete väikesed mõõtmed. Laserikiir tuleb reeglina juhtida optilisse kiudu, et seda hiljem tehnoloogias kasutada. Erineva disainiga laserite puhul nõuab see spetsiaalseid optilisi kollimatsioonisüsteeme ja muudab seadmed vibratsioonitundlikuks. Kiudlaserites tekib kiirgus otse kius ja sellel on kõrge optiline kvaliteet. Seda tüüpi laserite puuduseks on mittelineaarsete efektide oht, mis on tingitud kiu suurest kiirgustihedusest ja suhteliselt väikesest väljundenergiast impulsi kohta, mis on tingitud toimeaine väikesest mahust.

Kiudlaserid kaotavad pooljuhtlaseritele rakendustes, kus on vaja suurt polarisatsiooni stabiilsust ja polarisatsiooni säilitava kiu kasutamine on erinevatel põhjustel keeruline. Tahkislasereid ei saa asendada kiudlaseritega spektrivahemikus 0,7–1,0 µm. Neil on ka rohkem potentsiaali impulsi väljundvõimsuse suurendamiseks võrreldes kiudoptidega. Kuid kiudlaserid näitavad häid tulemusi lainepikkustel, kus ei ole piisavalt head aktiivset kandjat või peegleid muu konstruktsiooniga laserite jaoks, ja võimaldavad mõningaid laserskeeme, näiteks üles teisendamist, rakendada vähema keerukusega.

Kiudlaserid on optiliselt pumbatavad pooljuhtlaserid, mille aktiivseks elemendiks on kiudvalgusjuht, millele on lisatud laseraktivaatoreid. Valgusjuhtsüsteemide jaoks on kõige perspektiivikamad laserid, mis põhinevad neodüümiioonide poolt aktiveeritud kiududel.Neodüümioonidel on kaks peamist laserijoont tsentraalsete lainepikkustega μm ja μm, mis asuvad spektrivahemikus, kus valguse kadu ja hajumine kvartsikiududes on minimaalne.

Riis. 4.11. Relee sektsiooni pikkuse sõltuvus teabeedastuskiirusest astmelise kiu puhul, mille sumbumine on μm:

1 - laserdioodi puhul (karakteristiku vähenemine BC sektsioonis on tingitud intermode dispersioonist) 2 - valgusdioodi jaoks (karakteristiku vähenemine on tingitud dioodi laiast spektrist sektsioonis, in sektsioon - sagedusreaktsiooni täiendav vähenemine)

Neodüümi võimenduse spektraalkarakteristikud on välistingimustest praktiliselt sõltumatud, neodüümiioonide maksimaalsele võimendusele vastava lainepikkuse temperatuuritriiv on võrdne, pooljuhtkandjate puhul on see parameeter Emitteri kiudkonstruktsioon võimaldab efektiivselt kiirgust sisse viia. optilistesse kiududesse, kasutades standardseid pistikuid, sealhulgas ja üherežiimilist.

Vaatamata nendele eelistele ja, nagu allpool näidatud, lai funktsionaalsust, kiudlaserid pole veel uurimisetapist väljunud. Seda seletatakse asjaoluga, et fiiberoptiliste süsteemide loomisel lahendati palju probleeme hästiarenenud pooljuhtemitterite abil, eriti aastal. lihtsad süsteemid, kus otsustavat rolli mängib pooljuhtallikate üks peamisi eeliseid - kiirguse intensiivsuse otsese moduleerimise võimalus pumba vooluga. Tahkislaserites, eriti neodüümiga aktiveeritud kandjatel põhinevates laserites, on kiirguse intensiivsuse kiire moduleerimine pumba võimsust muutes suhteliselt pika pikisuunalise relaksatsiooniaja tõttu põhimõtteliselt võimatu. Pööratud populatsiooni kiire "sisselülitamise" võimatus piirab otsese modulatsiooni sagedusi Hz väärtustega. Valgusjuhisüsteemide arendamine, eriti lähituleviku paljutõotavad sidusa vastuvõtu ja mitmekanalilise spektriga süsteemid

tihendamine stimuleerib kiudlaserite väljatöötamist, mida saab kasutada mitte ainult generaatoritena, vaid ka valgusvõimenditena.

Olemasolevad kiudlaserite konstruktsioonid võib jagada kolme rühma. Esimese rühma kiudlaserid kasutavad mitmetest pikkadest kiududest koosnevaid kimpe ja suure võimsusega pumpamist impulss-gaaslahenduslampide abil. Positiivne tagasiside sellistes struktuurides tekib tänu valguse peegeldumisele kiudude otstest ning tagasihajumisest mikropaindel ja ebahomogeensustel.

Riis. 4.12. Kiudlaserite konstruktsioonid a - otsapumpamisega; b - väikese läbimõõduga kiudude jaoks põiki pumpamisega; 6 - optiline liim, 8 - reflektor, 9 - klaassilinder, 10, 12 - radiaatorid; 11, 14 - LED-liinid

Lambi pumpamine võimaldab saavutada suure kasu ühe läbimisega, kuid nõuab sundvedeliku jahutussüsteemide ja mahukate toiteallikate kasutamist, mis ilmselt muudab väikesemõõtmeliste seadmete loomise ebareaalseks. Selles mõttes võivad teatud väljavaated peituda gaaslahendusega mikrolampide kasutamisel. Lambipumbaga konstruktsioonide eeliste hulka kuulub võimalus kasutada neid liikuvate lainetega optiliste võimenditena ja küllalt suure (~30–40 dB) võimendusega regeneratiivvõimenditena.

Teise rühma kiudlaserite konstruktsioonides kasutatakse lühikesi ühekristall- ja klaaskiude, mis on aktiveeritud neodüümiioonide poolt. Pumpamine toimub pooljuhtlaseriga või LED-iga läbi kiu otsa. Üsna kõrge pumpamise efektiivsus saavutatakse GaAlAs DHS-il põhineva pooljuhtemitteri emissioonispektri sobitamisega ühe neodüümi intensiivse neodüümi joonega, mille keskne lainepikkus on umbes

0,81 µm. Skemaatiliselt on teise rühma kiudlaserite konstruktsioon näidatud joonisel fig. 4.12, a. Aktiivse keskkonna väikese võimenduse tõttu moodustub laserresonaator

kõrge peegeldusteguriga dielektrilised peeglid. Sellise konstruktsiooniga on laserid, mis põhinevad ühekristallkiul ütriumalumiiniumgranaadist koos neodüüm- ja klaasneodüümkvartskiududega. On teateid otspumbaga krüptoonlaseriga laserpumpamisest kristallilisest kiust ja argooniga pumbatavast laserkiust rubiinkiust. Parimad tulemused saadi kiudude geomeetriaga, 0,5 cm pikkuse ja 80 µm läbimõõduga kristalliga. Välisresonaatori (joon. 4.12, a) moodustasid dielektrilise kattega peeglid, millest ühel oli peegelduskoefitsient laserkiirgusele μm ja ainult pumpkiirgusele, teine ​​peegeldus peegeldus laserkiirgusele sama suure peegeldusteguriga. pump valgus üsna hästi Peeglid asusid peaaegu kiu otste lähedal. Pumpamine viidi läbi pinna-LED-ga, mille kiirgusala läbimõõt oli 85 μm. Lävi pumba võimsus oli

Sellise disainiga fiiberoplaserite peamised eelised on madal energiatarve ja üldmõõtmed. Peamised puudused on see, et lõpppumba vooluring ei võimalda kasutada üle 1 cm pikkuseid kiudude segmente, mis piirab väljundvõimsust. Lisaks on nende laserite valmistamise ja joondamise tehnoloogia keeruline ning pumba LED-i olemasolu ühes otsas raskendab laseri kasutamist optilise signaali võimendina.

LED-massiivide abil põikipumpamisega mitme pöördega fiiberlaserid (Joonis. kujutavad kolmanda rühma kujundusi. LED-massiivile on asetatud mitu keerdu klaaskiudu, mille südamiku aktiveerivad neodüümioonid. Disain teatud määral kombineerib esimese ja teise rühma kiudlaserite eelised ning puudub enamik nende puudustest Pooljuhtemitterite kasutamine pumpamisallikatena muudab sellised süsteemid mõõtmetelt üsna väikeseks, põikpumpamisskeemi ja pikkade kiuosade kasutamine võimaldab piisavalt suure võimenduse saamiseks ühe käiguga.neodüüm ja vastavalt suure pumba valguse neeldumisteguriga.Sellised omadused on neodüümi ultrafosfaatidest valmistatud kiududel.Mitme pöördega kiudude paigaldamist LED-ide reale saab teostada erinevatel viisidel. Niisiis tõmmatakse kiutükk korduvalt läbi umbes 1 mm läbimõõduga klaassilindri (joonis 4.12, b), mille välispinnale kantakse peegeldav kate.

pumba kiirguse kasutamise efektiivsuse suurendamine. Seda meetodit eelistatakse väikese välisläbimõõduga (µm) kiudude puhul. Suurema läbimõõduga kiude saab virnastada LED-liinile pööre pöördeks (joon. 4.12, c). Mõlemat konstruktsiooni saab kasutada optilise liikuva laine võimendina, kusjuures kiu üks ots on võimendi sisend ja teine ​​väljund. Peegelkatete ladestamine kiudude otstele võimaldab teostada lasergenereerimist Fabry-Perot kiudresonaatoriga.

Laserprotsesside omadused aktiivsetes optilistes kiududes määratakse konkreetse laseri genereerimise olemasoluga positiivse tagasiside puudumisel.

Riis. 4.13. Kiudvalgusjuht: a - aktiivse südamiku ja passiivse kattega; b - passiivse südamiku ja aktiivse kestaga (2)

See on peamine erinevus kiudlaserite ja massaktiivsetel elementidel põhinevate laserite vahel. Selle pooljuht-LED-de superluminestsentsrežiimile lähedase protsessi olemuse selgitamiseks vaatleme mõnda kiu elementaarset lõiku, milles tekib pöördpopulatsioon (joonis 4.13, a). Spontaanne kiirgus toimub võrdse tõenäosusega kõikides suundades, kuid kiirgus, mis on koondunud kahte nurgakoonust, millel on kiuga ühine telg ja mis on määratud avanemisnurgaga 20, ei lahku südamikust. Siin

kus on vastavalt südamiku ja katte murdumisnäitajad.See kiirgus ergastab kiu loomulikke võnkumisi (režiime), mida stimuleeritud kiirgus võimendab levimisel piki kiudu paremale ja vasakule (joon. 4.13, a). Sama pilt on täheldatud kõigi teiste kiu aktiivse südamiku elementaarsete osade puhul. Sellise kiudvalgusallika väljundis määrab kiirguse lahknemise ligikaudu kiu numbriline ava

Kuni aktiivses kius üksteise suunas levivate valguslainete intensiivsus on palju väiksem kui võimendust küllastav väärtus, on vastulevivad lained sõltumatud, nagu ka kiu erinevate režiimide energiad. Nendes tingimustes kirjeldatakse stimuleeritud emissioonist tingitud spontaanse emissiooni võimendamise protsessi hästi tuntud laservõimendi võrranditega ilma küllastuseta ja spontaanse emissiooniga. Kiirguse spektraalne võimsustihedus ühes režiimis pikkusega (joonis 4.13, a) kiu aktiivse osa väljundis on võrdne

Siin on Plancki konstant; - valguse vibratsiooni sagedus; on ülemise ja alumise lasertaseme populatsioonid; on võimendus pikkuseühiku kohta, kus on sunnitud ülemineku Einsteini koefitsient; - spektraalse võimendusjoone normaliseeritud kuju; c on valguse kiirus. Maksimaalset genereeritavat võimsust saab piirata kas kiu pikkusega või, nagu õõneslaserite puhul, küllastusega. Loomulikult kitseneb võimendamise käigus generatsioonispekter luminestsentsspektriga võrreldes seetõttu, et joone keskel olevad spektrikomponendid on rohkem võimendatud. Spektri laiuse määrab võimendus ja kuju ning kiirgusspekter on pidev, kuna puudub resonaator.

Vaadeldaval konkreetsel valgusjuhitava laserprotsessil on kolm olulist aspekti.

1. Aktiivkiudvalgusjuhti saab kasutada valgusallikana ilma optilise õõnsuseta.

2. Kiudlaserite loomisel traditsioonilise skeemi järgi resonaatoriga tuleb arvestada, et vaadeldav protsess võib viia ühe läbimisega võimenduse küllastumiseni, mille tulemusena kaotab tagasiside tähenduse. Sel juhul tuleb ja väärtused valida nii, et see oleks kaugel võimenduse küllastavast väärtusest.

3. Valguskiudvõimendites on vaadeldava protsessi tulemusena tekkiv valgus peamine müraallikas. Müra võimsuse spektraalne tihedus ühes režiimis, teisendatuna võimendi sisendiks, nagu tuleneb valemist (4.12), on võrdne

Neljatasandilises süsteemis, mis on neodüümlaseri taseme skeem, tavaliselt ja suure võimendusega

Hulgivõimendites on võimendatud spontaanse emissiooni müra pikka aega peetud põhimõtteliselt eemaldamatuks (vt näiteks töö ), kuid kiudvõimendites saab selle taset oluliselt vähendada, kui kasutada joonisel fig. 4.13, 6. Ühemoodiline kiud, mille südamik on valmistatud kvartsklaasist koos murdumisnäitajat suurendava lisandiga, on näiteks neodüümioonidega aktiveeritud klaasist kattekihiga. Pöördpopulatsiooni loomine kattes viib põhirežiimi võimendamiseni tõhusa võimendusega

kus on kasu kestas; on tuumrežiimi võimsuse osa, mis levib kattes; P on selle režiimi koguvõimsus. Suhe muutub 0,99-lt 0,1-le, kui kiu parameeter muutub 0,6-lt 2,4048-le. Kui tuum hakkab põhirežiimi tõhusalt juhtima, lokaliseerides oma välja enda lähedale, ergastab teine ​​režiim. Valem saadakse samamoodi nagu kiudude sumbumiskoefitsiendi avaldis kattekihiga, mille kiirguskadu on halvem kui kiudude puhul. Esimeste olulisteks puudusteks on võimendusjoone temperatuuri ebastabiilsus (μm puhul), olulised kaod ühemoodiliste optiliste kiudude splaissimisel tasapinnalise võimendi optilise kiuga ja kõrge tase müravõimsus - superluminestsentskiirgus.

Kiudlaserid avavad võimalusi uut tüüpi FOS-ide loomiseks. Tundlik element, mis on kiudvalgusjuht, on siin osa laseri kiudrõngast või lineaarresonaatorist.

Riis. 4.14. Ühe sagedusega hajutatud kiudlaserid tagasisidet(a) ja Braggi peeglid (b): 1 - aktiivne südamik; 2 - perioodilise struktuuriga kest

Valguse vibratsiooni faasi muutus tegevuse ajal välised tegurid viib laserites erinevate režiimide genereerimissageduste muutumiseni. Teave välismõjude kohta sisaldub intermode löökide sageduse muutumises. Rõngasresonaatoriga fiiberlaseri baasil, mis realiseeritakse valgusjuhi otste või nende lahtivõetava ühenduse keevitamise teel, on väikese suurusega laserkiudgüroskoobi loomine üsna lihtne.

Stabiilseid ühesageduslikke kiudlasereid saab kujundada hajutatud tagasisidega või hajutatud Braggi peegeldusega. Selleks loob teatud kiu osadel üks allpool kirjeldatud meetoditest (vt jaotis 4.8) kiudu peegeldava spektraalfiltri (joonis 4.14). Selliseid allikaid saab kasutada FOS-faasis.

Superluminestseeruvate kiudlaserite kasutamine võimaldab lihtsustada passiivkiudgüroskoopide disaini ja suurendada nende tundlikkust, vähendades mahuelementide olemasolust tingitud mürataset. Rõngasgüroskoobi interferomeetrites müratase väheneb, kui kiirgusallika koherentsuspikkus ja puisteelementide arv väheneb (vt ptk 3.6). Kiudallika puhul on pöörlemise ja mittevastastikuse mõju tõttu lihtne saavutada, et kiirguse koherentsuspikkus on suurem kui interferomeetri vastassuunaliste lainete teevahe. Superluminestseeruvate kiudlaserite spektraallaius on nm ja impulsi võimsus üsna suur.Selline allikas

ühendub kiudrõnga interferomeetriga standardsete sidurite abil.