Ytterbium шилэн лазер: төхөөрөмж, үйл ажиллагааны зарчим, эрчим хүч, үйлдвэрлэл, хэрэглээ

Шилэн лазер тарсан үүдэлтэй дулаан, авсаархан, бат бөх, үнэн зөв, хялбар байдаг. Тэд өөр өөр төрлийн ирж, маш олон өөр төрлийн лазер нь хийх байх өөрийн гэсэн өвөрмөц давуу талтай.

Шилэн лазер: үйл ажиллагаа

Энэ төрлийн төхөөрөмжүүд саваа ажиллаж шингэн эслэг нь уялдаа холбоотой цацрагийн хатуу төрийн эх үүсвэр стандарт хэлбэлзэл, оронд нь цөм эсвэл диск юм. гэрлийн шилэн төв хэсэгт dopant бий. үндсэн бүтэц нь маш нарийн төвөгтэй энгийн авахуулаад болно. Ytterbium шилэн лазер багаж шилэн хэмжээ харьцаа нь том гадаргуутай байдаг, тийм болохоор дулаан харьцангуй амархан тархсан байж болно гэх юм.

Шилэн лазер ихэвчлэн диод лазер тусламжтайгаар, оптикийн шахдаг, гэвч зарим тохиолдолд байдаг - нэг эх үүсвэрээс. Энэ системд хэрэглэгддэг Оптик хамгийн их буюу бүгдийг нь өөр хоорондоо холбоотой байдаг, үүгээр нь ихэвчлэн кабелийн бүрэлдэхүүнийг илэрхийлж байна. Зарим тохиолдолд, их хэмжээний оптик, заримдаа дотоод шилэн систем нь гадны ихэнх нь оптик хослуулан байна.

А диод насос эх үүсвэр нь диод массив, эсвэл бие даасан диод нь олон ургальч, тус бүр нь холбогч шилэн кабелийн Долгион хөтлүүрийн холбогдсон байж болох юм. төгсгөл бүр дэх Doped шилэн толь хөндий резонаторын байна - практикт шилэн Bragg семинарийг болгож байна. их хэмжээний оптикийн хязгаарууд байх үед нь зөвхөн гаралт мод шилэн өөр ямар нэгэн зүйл ордог бол. гэрэл гарын авлага хүсвэл лазер хөндий хэд хэдэн метр урттай байж болох учраас эрчилсэн болно.

binuclear

шилэн лазер ашигласан бүтэц утас, чухал ач холбогдолтой юм. Хамгийн түгээмэл нь хоёр цөмт бүтэц геометр юм. Undoped гадаад цөм (заримдаа дотно гэж нэрлэдэг) шахаж гэрлийг цуглуулж, эслэг дагуу үүнийг удирдан чиглүүлнэ. шилэн үүсгэгдэх түлхэц цацраг дотоод цөм, ихэвчлэн ганц арга юм дамждаг. дотоод цөм насос гэрлээр түлхэц нь нэмэлт ytterbium агуулж байдаг. зургаан өнцөгт, D хэлбэртэй болон тэгш өнцөгт, өнжих магадлал төв цөм нь гэрлийн туяа багасгах - зэрэг noncircular гадна гол нь маш олон хэлбэр байдаг.

шилэн лазер төгсгөл буюу тал нь шахах байж болно. нэг буюу хэд хэдэн эх сурвалжаас авсан анхны тохиолдол гэрэлд шилэн төгсгөл ордог. тал нь шахах гэрэл гадна гол руу тэжээл нь задлагч нийлүүлж байгаа үед. Энэ нь лазер саваа гэрэл тэнхлэгт перпендикуляр ордог ялгаатай.

Ийм шийдвэр гаргах нь бүтцийн хөгжил нь маш их шаарддаг. Нэлээд анхаарал дотоод цөм нь түлхэц ялгарал хүргэж, хүн амын урвуу үйлдвэрлэх гол руу насос гэрэл нэгтгэн төлсөн байна. лазер гол олшруулан янз бүрийн градус шилэн түүнчлэн түүний урт нь дээр допингийн хамаарч байж болох юм. Эдгээр хүчин шаардлагатай параметрийн хувьд дизайн инженерээр тогтоосон байна.

Нэг горимын шилэн дотор үйл ажиллагаа явуулж байгаа үед эрчим хүчний хязгаарлалт, ялангуяа, тохиолдож болно. Ийм гол нь маш жижиг хөндлөн огтлолын талбайг бөгөөд үүний үр дүнд маш өндөр эрчим therethrough гэрэл дамжуулдаг. Энэ нь илүү хүчтэй, тод томруун шугаман бус Brillouin тараах ватт хэдэн мянган эрчим хүчний гаралтыг хязгаарласан болж байгаа үед. гаралт хангалттай өндөр байгаа бол, шилэн эцсийн гэмтсэн байж болно.

Ялангуяа шилэн лазер

Ажлын шингэн зэрэг эслэг хэрэглэх нь илүү харилцан урттай, сайн үед диод шахах ажил өгдөг. фотоны өндөр хувиргах үр ашиг, түүнчлэн найдвартай, авсаархан барилга, аль нь ч салангид оптик, тохируулга, эсвэл тэгш шаардсан Энэ нь геометрийн үр дүн.

А шилэн лазер техник, аппаратууд сайн дасан зохицох боломжийг олгодог, зузаан металл хуудас гагнуурын тохируулан болох ба femtosecond импульсийн үйлдвэрлэх. Шилэн кабелийн өсгөгч нэг нэвтрүүлэх ашиг хангах,, харилцаа холбоо ашиглаж байна тэд нэгэн зэрэг олон долгионы уртыг өсөх боломжтой юм. ижил олз мастер Oscillator нь цахилгаан өсгөгч хэрэглэж байна. Зарим тохиолдолд, өсгөгч тасралтгүй давалгаа лазер бүхий үйл ажиллагаа болно.

Өөр нэг жишээ шилэн арматур, нь түлхэц ялгаралтын дарагдсан байдаг нь аяндаа ялгарах нэг эх сурвалж юм. Өөр нэг жишээ нь Раман шилэн лазер дисперсийн нэмэгдэж, нэлээд шилжилтийн долгионы уртад хослуулсан байна. Энэ судалгаанд програм олсон бол стандарт цахиурын нарийн ширхэгтэй гэхээсээ илүү хайлуур жоншны шил ашиглан үйлдвэрлэх, олшруулах хослол.

Гэсэн хэдий ч, ерөнхийдөө утас цахиурын шил гол цөм нь ховор dopant хийсэн. үндсэн нэмэлт ytterbium болон erbium байна. Ytterbium 1030-аас 1080 нм нь долгионы уртыг бөгөөд өргөн хүрээнд гарч болох юм. 940-нм диод насос ашиглах нь ихээхэн фотоны алдагдлыг бууруулдаг. Ytterbium ч өөрийгөө бөхөөх нөлөө, өндөр нягтшил нь Neodymium байгаа юм, тийм болохоор сүүлийн задгай лазер болон ytterbium хэрэглэж байна - эслэг нь (тэд аль аль нь ижил долгионы тухай өгөх).

Erbium нүд нь аюулгүй, хүрээ 1530-1620 нм-д ялгаруулдаг. давтамж 780 нм, шилэн лазер бусад төрлийн бэлэн биш юм үед гэрлийг бий болгох хоёр дахин болно. Эцэст нь хэлэхэд, ytterbium ингэснээр элемент erbium тулд насос цацраг энэ энергийг шингээж, дамжуулж болно erbium нэмж болно. Thulium - ойрын хэт ягаан туяаны бүсэд ялгарал, улмаар нүд зураг нь аюулгүй юм өөр dopant.

өндөр үр ашигтай

шилэн лазер нь бараг гурван түвшний систем юм. насос фотонууд дээд давхарга нь газрын улсын шилжих сэтгэл татна. Лазер шилжилтийн хуваах газрын улсуудын нэг нь дээд шатны хамгийн доод хэсэгт нь байдаг. Энэ нь маш их үр дүнтэй байдаг, жишээ нь: ytterbium-940 нм фотонуудыг насос 1030 нм долгионы уртад нь энергитэй ба квант дутагдал (эрчим хүчний алдагдал), зөвхөн 9% -ийг ялгаруулдаг.

Харин Neodymium, 808 нм эрчим хүчний 24% -ийг алдаж үед шахдаг. Тиймээс ytterbium угаасаа, өндөр үр ашигтай байдаг боловч энэ нь бүгд биш улмаас фотон зарим алдахад хүрч байна. 1480 болон 980 нм-ийн долгионы урт - YB давтамж хамтлаг болон erbium хэд хэдэн шахаж байж болно. илүү өндөр давтамж нь үгүй биш дутагдал фотоны хувьд үр дүнтэй, харин ашигтай, тэр ч байтугай энэ тохиолдолд, учир нь 980 нм долгионы уртад хамгийн сайн эх үүсвэр байдаг.

шилэн лазер нийт үр ашиг нь хоёр үе шаттай үйл явцын үр дүн юм. Нэгдүгээрт, энэ нь насос диод үр ашиг юм. уялдаа холбоотой цацрагийн Хагас дамжуулагч эх үүсвэр нь 50% нь үр ашиг нь оптик руу цахилгаан дохиог хувиргах нь маш үр дүнтэй байдаг. лабораторийн судалгааны үр дүн нь 70% ба түүнээс дээш утгыг хүрэх боломжтой гэж үзэж байна. Ончтой үр тоглолт гаралт цацраг шингээх шугам шилэн лазер нь хүрч, өндөр шахах үр ашиг байна.

Хоёрдугаарт, энэ оптик оптик хувиргах үр ашиг. жижиг гэмтэл фотонууд өдөөлт нь өндөр зэрэг, 60-70% нь оптик оптик хувиргах үр ашигтай олборлолт үр ашгийг хүрч чадна хэрэгтэй. үр дүнд нь үр ашиг хүрээ 25-35% байна.

төрөл бүрийн тохиргоонуудын

Шилэн квант тасралтгүй давалгаа генератор нэг, эсвэл моуд (хөндлөн горим) байж болно. Нэг, материал нь өндөр чанарын мод үйлдвэрлэх ажиллаж байгаа, эсвэл агаар мандалд дамжуулан туяа илгээх, болон моуд аж үйлдвэрийн шилэн лазер илүү их хүчийг үүсгэж болно. Энэ нь дулааны эмчилгээ, том талбай гэрэлтэй байна төлөө, огтлох, гагнуур, болон ялангуяа ашиглаж байна.

урт шилэн лазер нь ихэвчлэн импульс бий төрөл millisecond бараг тасралтгүй аппарат нэлээд юм. Ихэвчлэн энэ нь үүрэг мөчлөг нь 10% байдаг байна. Энэ нь тасралтгүй горимд (ихэвчлэн арав дахин их) нь импульсийн өрөмдлөг хувьд, жишээ нь, ашиглаж байгаа илүү өндөр оргил хүч хүргэдэг. давтамж хугацаанаас хамааран 500 Гц байж болох юм.

шилэн лазер нь Q-сэлгэх нь бас бөөнөөр нь үүрэг гүйцэтгэдэг. Ердийн импульс үргэлжлэх хугацаа микросекундээр нь nanoseconds хязгаарт байна. урт шилэн, цаашид энэ бүтээгдэхүүн цацрагийн А-солихын тулд, илүү урт импульсийн үр дүнд авдаг.

Шилэн шинж Q модуляц дээр зарим нэг хязгаарлалт байдаг. шилэн лазер шугаман бус оргил эрчим хүчний зарим нь хязгаарлагдмал байх ёстой тул, учир нь гол жижиг хөндлөн огтлолын талбай нь илүү ач холбогдолтой юм. Та Q хэмжээ свич, илүү өндөр үзүүлэлттэй, эсвэл кабелийн модулятор, идэвхтэй хэсэг хязгаар хүртэл холбогдсон өгч бас ашиглаж болно.

Q-асаасан импульс нь эслэг болон хөндий резонаторын нь олшруулж болно. сүүлийн нэг жишээ нь цөмийн туршилт (NIF, Livermore, CA), шилэн лазер 192 дам нуруу нь мастер Oscillator байна Үндэсний цогцолбор симуляци олж болно. Шилэн том хавтангийн Жижиг импульс megajoules нь олшруулсан doped.

синхрончлол давтлага давтамж бүхий шилэн лазер онд синхрончлол хэлхээнд бусад алин дээр нь адил, арматурын материалын уртаас хамаардаг ба импульс үргэлжлэх хугацаа нэвтрүүлэх сайжруулахын тулд чадвараас шалтгаална. 100 ТЭЗҮ-ийн хүрээнд - 50 FS, хамгийн нийтлэг хүрээнд хамгийн богино байна.

ytterbium болон erbium шилэн хооронд нэг чухал ялгаа нь тэд өөр өөр горим тархалтын үйл ажиллагаа явуулж түүгээр байна. ер бусын тархалтын бүс нутаг дахь 1550 нм долгионы уртад ялгаруулах Erbium-doped шилэн. Энэ solitons боломжийг олгодог. Itterbievye утас эерэг, эсвэл хэвийн тархалтын байна; Үүний үр дүнд тэд дууддаг шугаман давтамжийн модуляци нь импульсийн бий. Bragg нь үр дүн семинарийг хувьд энэ нь импульсийн урт шахах хэрэгтэй байж болох юм.

picosecond хэт хурдан судалгаа ялангуяа шилэн лазер импульсийн өөрчлөхийн тулд хэд хэдэн арга байдаг. Photonic болор утас ийм supercontinuum үеийн хувьд хүчтэй шугаман бус нөлөө, маш жижиг цөмтэй үйлдвэрлэсэн болно. Харин photonic талст Мөн өндөр эрх мэдэл дээр шугаман бус үр нөлөөг зайлсхийхийн тулд маш том нэг горимын гол нь үйлдвэрлэсэн болно.

их хүч шаарддаг програмуудын үүсгэсэн том цөм нь уян хатан photonic болор шилэн. аргуудын нэг нь үндсэн хөндлөн горимыг хадгалахын сацуу ямар ч хүсээгүй дээд эрэмбийн горимд арилгахын тулд эслэг санаатайгаар нугаралт юм. бус шугаман гармоник бий болгож, нугалах давтамжийг хасаж, та богино болон урт долгионы уртыг үүсгэж болно. Шугаман бус нөлөө нь мөн судас шахалтыг, гадаад төрх давтамж сам хүргэдэг гаргаж чаддаг байна.

маш богино пульс гэж supercontinuum эх үүсвэр үе шат нь модуляц дамжин үргэлжилсэн спектрийг гаргаж байна. Жишээ нь, 1050 нм, ytterbium шилэн лазер хүрээг хэт ягаан нь 1600-аас дээш нм тулд хүрээнд олж авсан үүсгэдэг үед эхний 6 Жич пульс байна. 1550 нм-ийн долгионы уртад IR-шахаж erbium-supercontinuum эх үүсвэр өөр нэг эх үүсвэр.

Өндөр хүчин чадалтай

Аж үйлдвэрийн одоогоор шилэн лазер хамгийн том хэрэглэгч юм. өндөр эрэлттэй одоо автомашины үйлдвэрлэлд хэрэглэж кВт тулд хүч дуртай. автомашины аж үйлдвэр бат бөх шаардлагыг хангасан өндөр бат бэх ган машин үйлдвэрлэл рүү шилжиж, илүү түлшний эдийн засагт харьцангуй хялбар байдаг байна. Уламжлалт машин хэрэгсэл нь маш хэцүү байдаг, жишээ нь, ган энэ төрлийн цооног цоолтуурын, уялдаа холбоо сайтай цацрагийн эх сурвалж нь хялбар болгож байна.

Амжилт ололтын металл шилэн лазер, квант генераторын бусад төрлийн харьцуулахад давуу тал нь хэд хэдэн байна. Жишээ нь, ойрын хэт улаан туяаны waveband сайн металлыг шингээсэн. Дам эслэг, огтлох, өрөмдлөгийн үед амархан анхаарлыг шилжих робот олгодог дамжуулан хүргэх болно.

Шилэн эрчим хүч хамгийн өндөр шаардлагыг хангасан. Зэвсэг АНУ-ын Тэнгисийн цэргийн, 2014 онд туршиж, 6 шилэн 5.5 квт-ын цахилгаан лазер нэг гулдмай нь нэгтгэж, бүрдүүлэх оптик системээр дамжуулан цацруулсан бүрдэнэ. 33 кВ-ын нэгж ялах ашиглаж байсан нь нисгэгчгүй агаарын тээврийн хэрэгсэл. мод нь ганц арга биш боловч, системийн стандарт, бэлэн найрлага гарч тэдний гарт нь шилэн лазер үүсгэх боломжийг олгоно гэж сонирхол татаж байна.

IPG Photonics хамгийн өндөр эрчим хүчний нэг арга уялдаатай гэрлийн эх үүсвэр нь 10 кВ-ын юм. мастер Oscillator оптик эрчим хүч, бусад шилэн лазер гэрлээр 1018 нм долгионы уртад шахаж шат өсгөгч нийлүүлж байгаа нь ватт гаргадаг. бүхэл бүтэн систем нь хоёр хөргөгч нь хэмжээ юм.

шилэн лазер хэрэглэх нь мөн өндөр эрчим хүч, огтлох болон гагнуурын сунгаж байна. Жишээ нь, тэд эсэргүүцэл гагнуурын материалын хэв гажилт асуудлыг шийдвэрлэх ган хуудас солигдсон. Эрчим хүчний хяналтын болон бусад үзүүлэлт нь маш нарийн хэрчих муруйг, ялангуяа булан боломжийг олгодог.

хамгийн хүчирхэг горимт шилэн лазер - 100 кВт хүртэл - ижил үйлдвэрлэгчээс металл огтлох байна. систем нь замбараагүй мод хослуулан дээр тулгуурласан болохоор энэ нь хэт өндөр чанарын мод биш. Энэ эсэргүүцэл салбарын татахуйц шилэн лазер болгодог.

бетон өрөмдлөгийн

4 кВт-ын горимт шилэн лазер гаралт огтлох, бетон өрөмдлөгийн ашиглаж болно. Яагаад энэ вэ? инженерүүд одоо байгаа барилга нь газар хөдлөлтийн тэсвэртэй хүрэхийн тулд хичээж байгаа үед бетон нь маш болгоомжтой байх ёстой. Үүн суурилуулсан үед ийм ган арматур уламжлалт цохилтот өрөмдлөгийн зэрэг алдаа гарсныг хүргэж болох ба бетон сулруулж, харин шилэн лазер үүнийг бутлах ямар бууруулсан байна.

шошго эсвэл хагас дамжуулагч электроник үйлдвэрлэхэд жишээ нь ашигладаг А-асаасан эслэг нь лазер. Тэд мөн хүрээ ологч хэрэглэнэ: модулиуд нь гар хэмжээ нь гаралтын 4 кВ-ын, 50 кГц-ийн давтамж, 5-15 нс нь импульс үргэлжлэх хугацаа нь нүдний аюулгүй шилэн лазер агуулсан байдаг.

гадаргын эмчилгээний

бичил болон nanoprocessing жижиг шилэн лазер их сонирхол байдаг. , Гадаргын давхаргыг зайлуулах үед импульс үргэлжлэх хугацаа нь 35 богино илүү Жич, ямар ч цацах материал юм бол. Энэ нь хацрын хонхорхой болон бусад хүсээгүй эд өлгийн үүсэхээс сэргийлдэг. femtosecond дэглэмийг импульс долгионы уртад мэдрэмтгий биш, эргэн тойрны газар нутгийн ойр орчмын газар нутагт ихээхэн хохирол буюу суларч ямар ажил хийх боломж олгож, халдаг биш юм шугаман бус нөлөө бий. Жишээ нь, түргэн 1 МГц давтамжтай нь зэвэрдэггүй ган 800 FS импульсийн ашиглан 1 мм-ийн жижиг нүх (хэдэн мянган секундын дотор) - Нэмж хэлэхэд, нүх өргөн нь өндөр гүнд бууруулах болно.

Энэ нь гадаргын-эмчилж, ил тод материал, жишээ нь, хүний нүд үйлдвэрлэх боломжтой юм. нүдний microsurgery дээр хийсэх бууруулах, femtosecond импульс гадаргуу дээр ямар нэг хохирол учруулсан бол нүд гадаргаас доош цэг дээр нягт гол линз vysokoaperturnym, харин хяналттай гүн материалыг устгаж нүд. эвэрлэг, үзэгдэлд зайлшгүй шаардлагатай юм гөлгөр гадаргуу нь бүрэн бүтэн хэвээр байна. хийсэх, доод тусгаарлагдсан дараа нь excimer лазер үүсгэх линз гадаргын хүртэл татаж болно юм. Бусад Эрүүл мэндийн програмууд Арьс дотор мэс засал гүехэн нэвтрэлтийг, түүнчлэн оптик уялдаа холбоо томографийн шинжилгээгээр тодорхой төрлийн ашиглах зэрэг орно.

femtosecond лазер

шинжлэх ухааны Femtosecond лазер нь түр зуурын тогтоол лазер осол спектоскоп гэрэл гэгээтэй спектоскоп хөөргөх ашиглаж, мөн ерөнхий материал судалгаа хийх. Үүнээс гадна, тэд хэмжил зүйн ерөнхий судалгаа шаардлагатай femtosecond давтамж сам үйлдвэрлэх шаардлагатай байгаа юм. богино хугацаанд бодит програмуудын нэг нь шинэ үеийн GPS хиймэл дагуул, байр суурь үнэн зөв нэмэгдүүлэх болно атомын цаг байх болно.

Нэг давтамжийн шилэн лазер 1-ээс бага кГц-ийн спектрийн Linewidth нь гүйцэтгэсэн байна. 10 МВт-аас 1W нь жижиг цацраг гаралт хүчээр Энэхүү гайхалтай төхөөрөмж. (Шилэн gyroscopes-д жишээ нь) харилцаа холбоо, хэмжилзүйн салбарт хэрэглэх болон спектоскоп олдог.

Дараа нь юу юм бэ?

бусад судалгааны хэрэглээний хувьд энэ нь ч тэдэнд маш их судалсан байдаг юм. Жишээ нь, цэргийн инженер, бусад салбарт хэрэглэж болох шилэн лазер туяа хослуулах нь бүрддэг, уялдаа холбоотой, эсвэл спектрийн хослолыг ашиглан өндөр мод авахын тулд. Үүний үр дүнд илүү их эрх мэдэл нь нэг арга цацрагийн-д хүрсэн байна.

шилэн лазер үйлдвэрлэл, ялангуяа автомашины аж үйлдвэр хэрэгцээнд зориулан, хурдацтай нэмэгдэж байна. Түүнчлэн, төрийн бус ширхэгт шилэн төхөөрөмжүүдийн солих байна. зардал, үйл ажиллагааны ерөнхий сайжруулах гадна, илүү практик femtosecond лазер болон supercontinuum эх үүсвэр байдаг. Шилэн лазер илүү орон зайг эзэлж болон лазер бусад төрлийн сайжруулах эх үүсвэр болж байна.