Ytterbín trefjar leysir: tækið, sem starfa meginreglu, afl, framleiðslu, notkun

Trefjar leysir eru samningur og varanlegur, nákvæmar og auðvelt að dreifa völdum hita. Þeir koma í mismunandi gerðum og hafa mikið að gera með leysir af öðrum tegundum hafa eigin einstaka þeirra kostur.

Trefjar leysir: Rekstur

Búnaður af þessari gerð eru hin almenna tilbrigði við fastefnis uppspretta af samfelldum geislun frá trefjum, í stað þess stangir vinna vökva, plata eða diskur. The ljós mynda af dopant í því að miðhluti trefjanna. Grunn uppbygging getur verið allt frá einföldum til mjög flókið. Ytterbín trefjar leysir tæki þannig að trefjar hefur mikið yfirborð til bindi hlutfall, þannig að hitinn má dreifðri tiltölulega auðveldlega.

Trefjar leysir eru dælt sjónrænt, oft með hjálp díóða leysir, en í sumum tilvikum - sömu heimildir. Optics sem notuð eru í þessum kerfum eru yfirleitt táknar sjóntaugum hluti, þar sem flest eða öll þeirra eru tengd við hvert annað. Í sumum tilvikum, a magn ljósfræði, og stundum innra ljósleiðara kerfi er blandað saman við ytri lausu ljóseðlisfræði.

Díóðu dæla uppspretta hún kann að vera díóðuraðar, eða fjölda af einstæðum díóða, sem hver um sig er tengdur við tengi ljósleiðara waveguide. Efnabætt trefjar á hverjum enda hefur spegill hola hermi - í reynd gera fiber Bragg grating. Á endimörk lausu ljósfræði hafa, ef ekki aðeins framleiðsla geisla fer eitthvað annað en trefjum. Í ljós fylgja má brenglaður þannig að ef óskað leysir hola kann að hafa lengd nokkurra metra.

binuclear

Uppbygging trefjar notaðar í trefjum leysir, er mikilvægt. Algengasta er rúmfræði tvískiptur-algerlega uppbyggingu. Undoped Ytri kjarni (stundum nefndur æðaþel) dælt safnar ljósi og beinir það meðfram trefjum. Örva geislun mynda í trefjum fer í gegnum innri kjarna, sem er oft einn háttur. Sem innri kjarninn inniheldur íblöndunarefni then adding, örva með dælu ljósi. Það eru margir konar noncircular ytri kjarna þar á meðal - sexhyrnds, D-laga og rétthyrnd, draga úr líkum á saknar ljósgeislanum í miðju kjarna.

The trefjar leysir getur haft enda eða hlið dæla. Í fyrra tilvikinu ljós frá einum eða fleiri aðilum fer fiber enda. Þegar hlið dæla ljós er til staðar til klofning sem nærir hana í ytri kjarna. Þetta er frábrugðið leysir stangir þar sem ljósið fer hornrétt á ás.

Fyrir slíkri ákvörðun þarf mikið af uppbyggingu þróun. Talsverð áhersla er lögð á að draga saman dæla ljós í kjarna til að framleiða íbúa inversion, sem leiðir til örvuð losun í innri kjarna. leysir algerlega kunna að hafa mismikil mögnun í trefjum eftir lyfjamisnotkun, sem og lengd þess. Þessir þættir eru sett sem hönnun verkfræðingur fyrir nauðsynlegar breytur.

Power mörk getur komið fram, einkum þegar starfa innan einn-ham trefjum. Slík kjarninn hefur mjög litlum kross-sectional area, og þar af leiðandi fer þar í gegn ljósi af mjög hár styrkleiki. Þegar þetta er að verða meira áberandi ólínulega Brillouin dreifingar, sem takmarkar máttur framleiðsla á nokkrum þúsundum vött. Ef framleiðsla er nógu hátt, trefjar enda skemmst.

Sérstaklega trefjar leysir

Notkun trefja sem vinna vökva gefur meiri samskipti lengd, sem virkar vel þegar díóðu dæla. Þessi rúmfræði úrslit í mikilli viðskipti skilvirkni ljóseindir, auk áreiðanlegur og samningur byggingu, þar sem engin stök ljósfræði, krefst aðlögunar eða jöfnun.

A fiber leysir, sem búnaðurinn leyfir það að aðlagast vel, er hægt að laga fyrir suðu af þykkum blöð úr málmi og til að framleiða femtosekundu belgjurtir. Ljósleiðara magnara veita einn umferð ábati og eru notuð í fjarskiptum, þar sem þeir geta magnað margar bylgjulengdir samtímis. Hið sama ávinningur er notað í völd magnara með meistara oscillator. Í sumum tilvikum, magnari geta verið starfrækt með samfelldri bylgju leysir.

Annað dæmi er uppspretta skyndileg losun frá trefja styrkingu, þar sem örva útblásturinn er bæla. Annað dæmi er Raman trefjar leysir ásamt með aukinni dreifingu, sem er töluvert klippa bylgjulengd. Það hefur fundið forritið í rannsóknum, þar sem samsetning af kynslóð og mögnun með því að nota flúoríð gler fremur en venjulegt kísil trefjar.

Hins vegar, almennt, trefjum úr kísil gleri með sjaldgæfir-jörð dopant í kjarna. Grunn aukefni eru ytterbín og erbium. Ytterbín hefur bylgjulengdir frá 1030 til 1080 nm og getur gefið frá sér yfir a breiður svið. Notkun 940-nm díóðu dælu dregur verulega úr halla á ljóseindir. Ytterbium hvorki hefur sjálf-quenching áhrif, sem eru bæði neodymium við háan þéttleika, þannig hið síðarnefnda er notað í lausu og leysir og then adding - í trefjum (þeir báðir veita um sömu bylgjulengd).

Erbium gefur á bilinu 1530-1620 nm, öruggt fyrir augun. The tíðni er hægt að tvöfaldast til að ljós mv 780 nm, sem er ekki í boði fyrir aðrar tegundir af trefjum leysir. Loks ytterbium má bæta við erbium þannig að þátturinn muni gleypa dæla geislun og senda þessa orku til erbium. Túlín - annað dopant útblástur í náinni innrauða svæðinu, sem þannig er öruggur fyrir auga myndum.

mikil afköst

The trefjar leysir er hálf-þriggja stig kerfi. Dælan ljóseindir espa umskipti frá jörðu ríkisins á efra laginu. Laser umskipti er frá lægsta hluta efri hæð í einu hættu jörðu ríkjum. Þetta er mjög árangursríkt: til dæmis, Ytterbium-940 nm photon dæla gefur frá sér photon með bylgjulengdina 1030 nm, og skammtafræði galla (orkutap), aðeins um 9%.

Aftur á móti, neodymium, dælt á 808 nm tapast u.þ.b. 24% af orku. Þannig ytterbium hefur í eðli sínu mikil afköst, þó ekki minna en það er náð vegna þess að tap á sum ljóseindir. Yb má dælt í fjölda tíðnibönd, og erbium - bylgjulengdinni 1480 eða 980 nm. Því hærra tíðni er ekki eins áhrifarík hvað varðar galla ljóseindir, en gagnlegur, jafnvel í þessu tilfelli, vegna þess að 980 nm, bestu heimildum boði.

Heildar skilvirkni trefjum leysir er afleiðing af tveggja þrepa ferli. Í fyrsta lagi er það skilvirkni dælu díóðu. Hálfleiðari uppsprettur heildstæða geislunar eru mjög árangursrík, með 50% skilvirkni breyta rafmagns merki inn í sjón. Niðurstöður rannsókna á rannsóknarstofu benda til þess að það er hægt að ná verðmæti 70% eða meira. Með nákvæmri samsvörun framleiðsla geislun upptöku lína trefjar leysir er náð og mikil dæla skilvirkni.

Í öðru lagi, þetta sjón-sjón viðskipti skilvirkni. Þegar lítill galla Ijóseindirnar er hægt að ná mikla örvun og skilvirkni í útdrætti á ljósfræðilegum-sjón viðskipti skilvirkni 60-70%. Sú skilvirkni er á bilinu 25-35%.

ýmsar stillingar

Trefjar skammtafræði samfelld bylgja rafala geta verið einn eða multimode (þversum stillingar). Singlemode framleiða hágæða geisla fyrir efni, vinna eða senda geisla í gegnum andrúmsloftið, og multi-iðnaðar trefjum leysir hægt að búa meira afl. Það er notað til að skera og suðu, og sér í lagi, fyrir hitameðferð, þar sem stór svæði er lýst.

The langur trefjar leysir er í aðalatriðum hálf-samfelldan Tæki yfirleitt millisekúnda púls kynslóð tegund. Venjulega er það skylda hringrás er 10%. Þetta leiðir til meiri hámarki völd en samfelldri stillingu (sem er oftast tíu sinnum) sem er notað, til dæmis, fyrir pulsed borun. Getur tíðnin vera 500 Hz, allt eftir lengd.

Q-rofi ljósleiðaranotendum leysir virkar einnig eins og í einu. Dæmigerð púlslengd er á bilinu nanoseconds til míkrósekúndur. Því lengur sem trefjar, því lengur sem það tekur fyrir Q-rofi af framleiðslu geislun, sem veldur lengri púls.

Trefjar eiginleikar eru nokkrar takmarkanir á Q mótum. The línulegt á trefjum leysir er mikilvæg vegna þess hve lítið þversniði svæði kjarna, þannig að hámark máttur ætti að vera nokkuð takmörkuð. Hægt er að nota annaðhvort Q bindi rofa, sem veita meiri árangur, eða sjóntaugum mótara sem eru tengd við endum virka hluta.

Q-rofi púlsar er hægt að magna í trefjum eða í hola resonator. Dæmi um hið síðarnefnda er að finna í National Complex eftirlíkingu af kjarnorkutilraunum (NIF, Livermore, CA), þar sem trefjar leysir er snillingur oscillator fyrir 192 geislar. Lítil belgjurtir í stórum plötum gleri efnabætt magnað að megajúlum.

Í trefjum leysir með samstillingu endurtekningar tíðni veltur á lengd styrkja efni, eins og í öðrum ham samstillingu brautir og púls lengd veltur á getu til að auka afköst. Stystu eru á bilinu 50 fs, og mest einkennandi - á bilinu 100 FS.

Milli ytterbín og Erbium trefjum, það er mikilvægur munur, þar sem þeir starfa í mismunandi stillingar dreifingu. Erbium-doped trefjum emitting að minnsta 1550 nm fyrir á svæði á afbrigðlegri dreifilausn. Þetta gerir solitons. Itterbievye trefjarnar eru á jákvæðan eða eðlilegum dreifilausn fyrir sig; þar af leiðandi, mynda þeir púlsa með línulegri tíðni mótum áberandi. Sem afleiðing af Bragg grating það gæti þurft að þjappa púls lengd.

Það eru til nokkrar leiðir til að breyta fiber-leysir púls, einkum fyrir rannsóknir picosecond uitrafast. Photonic kristal trefjum er hægt að framleiða með mjög litlum algerlega að hafa sterka ólínulegum áhrif, svo sem fyrir supercontinuum kynslóð. Aftur á móti, the photonic kristallar geti einnig verið framleitt með mjög stórum einn-ham algerlega í því skyni að koma í veg fyrir ólínulega áhrlf á háum völd.

Sveigjanlegur photonic kristal trefjar með stórum kjarna búin forrita sem þurfa mikla orku. Ein af þeim aðferðum er vísvitandi beygja af trefjum til að fjarlægja óæskileg æðra stillingar á meðan viðhalda grundvallar þverskips ham. Ólínuleikinn skapar harmonics; og með því að draga úr tíðni leggja saman, er hægt að búa til styttri og lengri bylgjulengdir. Ólínulegum bestunar áhrif geta einnig valdið púls þjöppun, sem leiðir til framkoma tíðni kamb.

The supercontinuum uppspretta eins mjög stuttum púlsum mynda samfelldan litróf í I. áfanga mótum. Til dæmis, frá fyrstu 6 ps púlsa í 1050 nm, sem skapar ytterblum fiber leysir litróf fengin á bilinu frá útfjólubláu yfir í meira en 1600 nm. Önnur uppspretta af IR-dælt erbín-supercontinuum aflgjafa með bylgjulengd 1550 nm.

High máttur

Iðnaður er nú stærsta neytenda af trefjum leysir. Í mikilli eftirspurn nýtur núna kraft röð kW sem notuð eru í bílaiðnaðinn. Bílaiðnaðinn er að flytja til framleiðslu á há-styrkur bíla stáli til að uppfylla kröfur endingu og eru tiltölulega auðvelt að meiri sparneytni. Hefðbundnar vélar er mjög erfitt, til dæmis, kýla holur í þessari tegund af stáli og uppsprettur heildstæða geislun gera það auðvelt.

Klippa málm trefjum leysir, samanborið við aðrar gerðir af skammtafræði rafall hefur a tala af kostum. Til dæmis, nær-innrautt waveband frásogast vel málma. Geisla er hægt að afhenda gegnum trefjum, sem gerir vélmenni til auðveldlega færa fókusinn þegar skorið og boranir.

Ljósleiðara uppfyllir hæstu kröfur um völd. Vopn US Navy, prófað í 2014, samanstendur af 6-fiber 5,5-kilowatt leysir í einu samsettu geisla og útgeislunarhlutum í gegnum og mótunarstútsins ljóskerfis. 33 kW eining var notuð til að vinna bug unmanned loftnet ökutæki. Þótt geisla er ekki einn-ham, kerfið er áhugaverð, eins og það gerir að búa til fiber leysir með höndum sínum út af stöðluðum, aðgengileg hráefni.

Hæsta máttur einn-ham heildstæða ljós uppsprettur IPG Photonics er 10 kW. Skipstjóri oscillator framleiðir vatt af sjón máttur, sem er til staðar til magnara sviðið er dælt í 1018 nm með hliðsjón af öðrum leysir fiber. Allt kerfið hefur stærð af tveimur ísskáp.

Notkun trefjum leysir eru einnig framlengdur til hár máttur klippa og suðu. Til dæmis, í stað þeir viðnámsrafsuðu stál blað leysa vandamál af aflögun efnisins. Power Control og aðrar breytur gerir mjög nákvæmni í skurði kenniferlar, sérstaklega horn.

Öflugasta multi trefjum leysir - fyrir að klippa málma frá sama framleiðanda - allt að 100 kW. Kerfið er byggt á blöndu af misfasa geisla, þannig að það er ekki frábær hár-gæði geisla. Viðnámið gerir trefjar leysir aðlaðandi til iðnaðar.

steypu bora

Multimode trefjum leysir framleiðsla 4 kW hægt að nota til að klippa og steypu borun. Af hverju að gera það? Þegar verkfræðingar eru að reyna að ná seismic mótstöðu núverandi byggingum, að vera mjög varkár með steypu. Þegar sett í það, svo sem stál styrking venjulegur slagverk bora getur valdið galla og veikja steypu, en trefjar leysir skera án þess að mylja hana.

Leysir með Q-rofi trefjum sem notað er til dæmis f merkingar né í framleiðslu á hálfleiðurum rafeindatækni. Þau eru einnig notuð innan Finders: einingar eru á stærð við hönd innihalda auga-öruggur fiber leysir hverra framleiðsla er 4 kW, tíðni 50 kHz og púls lengd 5-15 ns.

yfirborðsmeðferð

Það er mikill áhugi á litlum trefjum leysir fyrir ör og nanoprocessing. Þegar fjarlægja yfirborð lag, ef púls lengd er styttra en 35 PS, engin úða efni. Þetta kemur í veg fyrir myndun dælda og önnur óæskileg artifacts. Áfangamir í femtosekundu stjórn framleiða ólínulega áhrifum sem ekki eru næm fyrir þá bylgjulengd sem og aðliggjandi svæði er ekki hituð, leyfa að vinna án verulegra skemmda eða veikleiki verði í nærliggjandi svæðum. Að auki, Opin má að skera með mikilli dýpt að breidd - til dæmis, fljótt (innan nokkurra millisekúndur) lítil göt sem nemur 1 mM using a ryðfríu stáli 800-FS púls með tíðni 1 MHz.

Það er einnig mögulegt að framleiða yfirborðsvirk fengu gagnsæ efni, eins og t.d., mönnum auga. Að skera flipa á auga smjásjáraðgerðir, femtosekundu belgjurtir vysokoaperturnym þétt fókus linsu á stað undir yfirborði augans án þess að valda skemmdum á yfirborði, en auga með því að eyðileggja efni á stýrðan dýpi. The slétt yfirborð hornhimnu, sem er nauðsynlegt fyrir sjón enn ósnortinn. The blakt er aðskilin frá botninum, er síðan hægt að draga upp að yfirborði excimer leysir mynda linsu. Önnur læknisfræði forrit eru skurðaðgerð grunnt kemst í Dermatology, auk notkun tiltekinna sjón samfellu tomography.

femtosekundu leysir

Femtosekundu leysir í vísindum notað til að espa leysir sundurliðun litrófsgreiningu, flúrljómun litrófsgreiningu með jarðneskum upplausn, og einnig fyrir almenna efni rannsóknir. Að auki eru þeir sem þarf til framleiðslu á femtosekundu tíðni greiða þarf í mælifræði og almennum rannsóknum. Einn af the raunverulegur umsókn til skamms tíma verður lotukerfinu klukka GPS gervitungl af nýrri kynslóð, sem mun auka staðsetningu nákvæmni.

Single tíðni trefjar leysir er framkvæmd með spectral linewidth minna en 1 kHz. Þetta glæsilega tæki með litlum geislun útgangsafl frá 10 MW til 1W. Finnur forrit í á sviði fjarskipta, mælifræði (t.d. í fiber gyroscopes) og litrófsgreiningu.

Hvað er næst?

Eins og fyrir önnur forrit rannsóknir, það er enn a einhver fjöldi af þeim eru rannsökuð. Til dæmis, her verkfræði, sem hægt er að beita á öðrum sviðum, sem felst í því að sameina a fiber-leysir geislar til að fá a hár geisla með því að nota samfellda eða spectral samsetningu. Þess vegna, meira afl fæst í einn-ham geisla.

Framleiðsla af trefjum leysir er í örum vexti, sérstaklega fyrir bílaiðnaðinn þörfum. Einnig, það er að skipta um trefjar fiber tæki. Auk almennra umbóta í kostnað og árangur, það eru fleiri hagnýtar femtosekundu leysir og supercontinuum heimildir. Trefjar leysir hernema fleiri veggskot og orðið uppspretta framför fyrir aðrar gerðir af leysir.