उच्च शक्तीच्या फायबर लेझर्सची तांत्रिक उत्क्रांती

उच्च शक्तीच्या फायबर लेझर्सची तांत्रिक उत्क्रांती

ऑप्टिमायझेशनफायबर लेझररचना

१, अवकाश प्रकाश पंप संरचना

सुरुवातीच्या फायबर लेझर्समध्ये प्रामुख्याने ऑप्टिकल पंप आउटपुटचा वापर केला जात असे.लेझरफायबर लेझरची आउटपुट पॉवर कमी असल्यामुळे, कमी कालावधीत त्याची आउटपुट पॉवर झपाट्याने वाढवणे हे एक मोठे आव्हान आहे. १९९९ मध्ये, फायबर लेझर संशोधन आणि विकास क्षेत्राने प्रथमच १०,००० वॅट्सचा टप्पा ओलांडला. फायबर लेझरची रचना प्रामुख्याने ऑप्टिकल बायडायरेक्शनल पंपिंग आणि रेझोनेटरच्या वापरावर आधारित आहे, आणि केलेल्या संशोधनानुसार फायबर लेझरची स्लोप एफिशियन्सी ५८.३% पर्यंत पोहोचली.
तथापि, फायबर लेझर्स विकसित करण्यासाठी फायबर पंप लाईट आणि लेझर कपलिंग तंत्रज्ञानाचा वापर केल्याने फायबर लेझर्सची आउटपुट पॉवर प्रभावीपणे सुधारता येत असली तरी, त्याच वेळी त्यात गुंतागुंतही आहे, जी ऑप्टिकल लेन्सद्वारे ऑप्टिकल मार्ग तयार करण्यासाठी अनुकूल नाही. एकदा ऑप्टिकल मार्ग तयार करण्याच्या प्रक्रियेत लेझरला हलवण्याची गरज भासल्यास, ऑप्टिकल मार्गाला देखील पुन्हा समायोजित करावे लागते, ज्यामुळे ऑप्टिकल पंप संरचनेच्या फायबर लेझर्सच्या व्यापक वापरास मर्यादा येतात.

२, प्रत्यक्ष दोलक संरचना आणि MOPA संरचना

फायबर लेझर्सच्या विकासामुळे, क्लॅडिंग पॉवर स्ट्रिपर्सनी हळूहळू लेन्स घटकांची जागा घेतली आहे, ज्यामुळे फायबर लेझर्सच्या विकासाचे टप्पे सोपे झाले आहेत आणि अप्रत्यक्षपणे फायबर लेझर्सच्या देखभालीची कार्यक्षमता सुधारली आहे. हा विकासाचा कल फायबर लेझर्सच्या हळूहळू वाढणाऱ्या व्यावहारिकतेचे प्रतीक आहे. डायरेक्ट ऑसिलेटर रचना आणि MOPA रचना या बाजारात फायबर लेझर्सच्या दोन सर्वात सामान्य रचना आहेत. डायरेक्ट ऑसिलेटर रचनेत, ग्रेटिंग दोलनाच्या प्रक्रियेत तरंगलांबी निवडते आणि नंतर निवडलेली तरंगलांबी आउटपुट करते, तर MOPA मध्ये ग्रेटिंगने निवडलेली तरंगलांबी सीड लाईट म्हणून वापरली जाते आणि पहिल्या स्तरावरील ॲम्प्लिफायरच्या क्रियेखाली सीड लाईटला प्रवर्धित केले जाते, त्यामुळे फायबर लेझरची आउटपुट पॉवर देखील काही प्रमाणात सुधारते. बऱ्याच काळापासून, उच्च-शक्तीच्या फायबर लेझर्ससाठी MOPA रचनेचे फायबर लेझर्स पसंतीची रचना म्हणून वापरले जात आहेत. तथापि, नंतरच्या अभ्यासात असे आढळून आले आहे की या रचनेतील उच्च-शक्ती आउटपुटमुळे फायबर लेसरच्या आतील अवकाशीय वितरणात अस्थिरता निर्माण होण्याची शक्यता असते आणि आउटपुट लेसरच्या तेजस्वीपणावर काही प्रमाणात परिणाम होतो, ज्याचा उच्च-शक्ती आउटपुट परिणामावरही थेट परिणाम होतो.

पंपिंग तंत्रज्ञानाच्या विकासामुळे

सुरुवातीच्या यटरबियम-डोपड फायबर लेसरची पंपिंग तरंगलांबी सामान्यतः ९१५nm किंवा ९७५nm असते, परंतु या दोन पंपिंग तरंगलांबी यटरबियम आयनांच्या शोषण शिखरे (absorption peaks) आहेत, म्हणून याला डायरेक्ट पंपिंग म्हटले जाते. क्वांटम हानीमुळे (quantum loss) डायरेक्ट पंपिंगचा व्यापकपणे वापर केला गेला नाही. इन-बँड पंपिंग तंत्रज्ञान हे डायरेक्ट पंपिंग तंत्रज्ञानाचाच एक विस्तार आहे, ज्यामध्ये पंपिंग तरंगलांबी आणि ट्रान्समिटिंग तरंगलांबी यांच्यामधील तरंगलांबी समान असते आणि इन-बँड पंपिंगचा क्वांटम हानीचा दर डायरेक्ट पंपिंगपेक्षा कमी असतो.

उच्च शक्तीचा फायबर लेझरतंत्रज्ञान विकासातील अडथळा

लष्करी, वैद्यकीय आणि इतर उद्योगांमध्ये फायबर लेझर्सचे उच्च उपयोजन मूल्य असले तरी, चीनने जवळपास ३० वर्षांच्या तंत्रज्ञान संशोधन आणि विकासाद्वारे फायबर लेझर्सच्या व्यापक वापराला प्रोत्साहन दिले आहे. परंतु, जर फायबर लेझर्समधून अधिक शक्ती निर्माण करायची असेल, तर सध्याच्या तंत्रज्ञानामध्ये अजूनही अनेक अडथळे आहेत. उदाहरणार्थ, फायबर लेझरची आउटपुट पॉवर सिंगल-फायबर सिंगल-मोड ३६.६ किलोवॅटपर्यंत पोहोचू शकते का; फायबर लेझरच्या आउटपुट पॉवरवर पंपिंग पॉवरचा होणारा परिणाम; फायबर लेझरच्या आउटपुट पॉवरवर थर्मल लेन्स इफेक्टचा होणारा प्रभाव.

याव्यतिरिक्त, फायबर लेसरच्या उच्च शक्ती उत्पादन तंत्रज्ञानाच्या संशोधनात ट्रान्सव्हर्स मोडची स्थिरता आणि फोटॉन डार्कनिंग इफेक्ट यांचाही विचार केला पाहिजे. तपासणीतून हे स्पष्ट होते की, ट्रान्सव्हर्स मोडच्या अस्थिरतेवर परिणाम करणारा घटक म्हणजे फायबरचे तापणे, आणि फोटॉन डार्कनिंग इफेक्ट म्हणजे जेव्हा फायबर लेसर सतत शेकडो वॅट्स किंवा अनेक किलोवॅट्स शक्ती आउटपुट करतो, तेव्हा आउटपुट पॉवरमध्ये वेगाने घट होण्याचा कल दिसून येतो, आणि फायबर लेसरच्या सततच्या उच्च शक्ती उत्पादनावर काही प्रमाणात मर्यादा येतात.

जरी सध्या फोटॉन डार्कनिंग इफेक्टची विशिष्ट कारणे स्पष्टपणे परिभाषित केलेली नसली तरी, बहुतेक लोकांचा असा विश्वास आहे की ऑक्सिजन डिफेक्ट सेंटर आणि चार्ज ट्रान्सफर ॲबसॉर्प्शनमुळे फोटॉन डार्कनिंग इफेक्ट उद्भवू शकतो. या दोन घटकांवर, फोटॉन डार्कनिंग इफेक्टला प्रतिबंध करण्यासाठी खालील उपाय प्रस्तावित आहेत. जसे की ॲल्युमिनियम, फॉस्फरस इत्यादी, जेणेकरून चार्ज ट्रान्सफर ॲबसॉर्प्शन टाळता येईल, आणि त्यानंतर ऑप्टिमाइझ्ड ॲक्टिव्ह फायबरची चाचणी करून त्याचा वापर केला जातो, ज्याचे विशिष्ट मानक म्हणजे काही तासांसाठी ३ किलोवॅट पॉवर आउटपुट आणि १०० तासांसाठी १ किलोवॅट पॉवर स्थिर आउटपुट राखणे हे आहे.