Аннотация

Эта статья исследует рабочие принципы и основные компоненты волоконных лазеров, с акцентом на их растущее значение в лазерном производстве, связи и медицинских областях. Она подчеркивает их технические преимущества и широкую применимость как основу для современной фотоники и прецизионной технологии.

1. Введение

Поскольку лазерные технологии продолжают развиваться, волоконные лазеры стали трансформационным решением в различных отраслях — от прецизионного производства и медицинской хирургии до оптической связи и систем обороны. Их выдающаяся эффективность, качество луча и гибкость интеграции делают их ключевым игроком в приложениях лазеров следующего поколения.

2. Принцип работы волоконных лазеров

Волоконный лазер генерирует лазерный свет, усиливая насосный луч внутри оптического волокна, легированного редкоземельными элементами. Эти волокна легированы ионами, такими как иттербий (Yb³⁺), эрбий (Er³⁺) или тулий (Tm³⁺), и активируются с помощью полупроводникового лазерного диода. Через стимулированное излучение и оптическую обратную связь лазерный луч накапливается и выходит из волокна с высокой интенсивностью.

Пример: волоконные лазеры Er/Yb с со-допированием компании ERDI TECH повышают производительность, улучшая эффективность поглощения насоса, что позволяет достичь более высокой выходной мощности и улучшенной конверсии энергии.

3. Основные компоненты волоконных лазеров

3.1 Среда усиления

• Волокна, легированные Yb³⁺ (1030–1080 нм): Известны высокой выходной мощностью и эффективностью; идеальны для резки, сварки и маркировки.

• Волокна, легированные Er³⁺ (1530–1565 нм): Безопасны для глаз и оптимизированы для оптической связи и LIDAR. Со-допирование Yb³⁺ предотвращает кластеризацию ионов и улучшает производительность.

• Волокна, легированные Tm³⁺ (1900–2000 нм): Сильно поглощаются водой, что делает их идеальными для медицинских, датчиков и биологических приложений.

3.2 Источник насоса

Компактные, эффективные полупроводниковые лазерные диоды используются для возбуждения легированных ионов и создания инверсии населения, что делает волоконные лазеры компактными и энергоэффективными.

3.3 Резонатор

• Фибровые решетки Брагга (FBGs): Отражают выбранные длины волн для стабильного одноцветного выхода.

• Фибровые кольцевые зеркала: Обеспечивают простую конструкцию системы и улучшают стабильность луча за счет внутреннего кругового отражения.

4. Основные преимущества волоконных лазеров

4.1 Превосходное качество луча

Благодаря конфинации в волноводе и всеволоконной архитектуре, волоконные лазеры достигают:

• Одномодового качества луча (M² ≈ 1.0)

• Высокой пространственной когерентности

• Точности в таких задачах, как микрообработка, 3D-сканирование и оптическое сенсирование

4.2 Высокая эффективность и низкое потребление энергии

Волоконные лазеры предлагают эффективность конверсии энергии более 30%, значительно превосходя CO₂ и твердотельные лазеры. Сниженные потребности в охлаждении и высокая выходная мощность делают их идеальными для зеленого производства.

4.3 Компактный и гибкий дизайн

Естественная гибкость волокна позволяет:

• Компактные, легкие системы

• Легкая интеграция в роботизированные руки, портативные устройства и платформы БПЛА

5. Заключение

Волоконные лазеры представляют собой шаг вперед в лазерной технологии, сочетая мощность, точность и эффективность в масштабируемом и компактном формате. Поскольку инновации в области лазеров продолжаются, волоконные лазеры будут способствовать прорывам в умном производстве, связи, аэрокосмической отрасли, обороне и медицине.

Хотите узнать больше о лазерной технологии?
Посетите www.erditechs.com для получения подробных решений по Er:Yb волоконным лазерам, модулям высокой мощности и разработке индивидуальных лазеров.