Ytterbium फायबर लेसर: साधन, ऑपरेटिंग तत्त्व, ऊर्जा, उत्पादन, वापर

फायबर lasers स्कॅटर प्रेरित उष्णता, संक्षिप्त आणि टिकाऊ अचूक आणि सोपे आहेत. ते विविध प्रकारच्या येऊन इतर प्रकारच्या lasers करू भरपूर येत स्वत: चे अनन्य फायदे आहेत.

फायबर lasers: ऑपरेशन

या प्रकारच्या साधने काठी काम द्रवपदार्थ फायबर पासून सुसंगत किरणे घन-राज्य स्रोत मानक फरक, त्याऐवजी, एक प्लेट किंवा डिस्क आहेत. प्रकाश फायबर मध्य भाग मध्ये एक dopant व्युत्पन्न. मूलभूत रचना जोरदार जटिल सोपे पासून असु शकतात. Ytterbium फायबर लेसर उपकरणे फायबर खंड प्रमाण मोठ्या पृष्ठभाग आहे अशा, उष्णता तुलनेने सहज झाला केले जाऊ शकते.

फायबर lasers अनेकदा diode lasers मदतीने, हलवू गुंतवणूक, परंतु काही बाबतीत आहेत - समान स्रोत आहे. या प्रणाली मध्ये वापरले ऑप्टिक्स सहसा सर्वात किंवा त्यांना सर्व एकमेकांना जोडलेले आहेत ज्यात, ऑप्टिकल घटक प्रतिनिधित्व आहेत. काही प्रकरणांमध्ये, मोठ्या प्रमाणावर दर्शन, आणि कधी कधी अंतर्गत ऑप्टिकल फायबर प्रणाली बाह्य मोठ्या प्रमाणात दर्शन एकत्र केली आहे.

एक diode पंप स्रोत diode अर्रे, किंवा वैयक्तिक diodes एक अनेकत्व, प्रत्येक कनेक्टर फायबर ऑप्टिकल waveguide कनेक्ट असेल. प्रत्येक शेवटी doped फायबर मिरर पोकळी प्रतिध्वनन यंत्र आहे - सराव फायबर ब्रॅग कठोर करा. मोठ्या प्रमाणात दर्शन संपतो आहे येथे, नाही फक्त उत्पादन तुळई फायबर पेक्षा इतर काहीतरी प्रवेश करतो तर. प्रकाश मार्गदर्शक इच्छित असल्यास की लेसर पोकळी अनेक मीटर लांबी की त्यामुळे शब्दांत केले जाऊ शकते.

binuclear

फायबर lasers वापरले रचना तंतुमय पदार्थ, महत्वाचे आहे. सर्वात सामान्य दुहेरी-कोर रचना भूमिती आहे. Undoped बाह्य कोर (कधी कधी रक्तवाहिनीचे आतले आवरण म्हणून ओळखले जाते) गुंतवणूक प्रकाश गोळा आणि फायबर बाजूने निर्देशीत. फायबर निर्माण चालना किरणे आतील कोर, अनेकदा एकाच मोड आहे जातो. आतील कोर पंप प्रकाश द्वारे चालना एक मिश्रित ytterbium समावेश आहे. षटकोनी, डी-आकार आणि आयताकृती, चौकोनी, नाही संभाव्यता केंद्रीय कोर प्रकाश तुळई कमी - यासह noncircular बाह्य कोर अनेक प्रकार आहेत.

फायबर लेसर शेवट किंवा बाजूला पंपिंग असू शकतात. एक किंवा जास्त स्त्रोतांमधून पहिल्या प्रकरणात प्रकाशात फायबर शेवट करतो. बाजूला पंपिंग प्रकाश बाह्य कोर मध्ये फीड जे एक splitter पुरविले जाते तेव्हा. हा प्रकाश अक्ष लंब प्रवेश जेथे लेसर काठी वेगळे.

अशा निर्णय स्ट्रक्चरल विकास भरपूर आवश्यक आहे. सिंहाचा लक्ष आतील कोर मध्ये चालना उत्सर्जन अग्रगण्य लोकसंख्या उलटा निर्मिती कोर पंप प्रकाश summarizing दिले जाते. लेसर कोर फायबर doping अवलंबून, तसेच त्याच्या लांबी विस्तार विविध अंश असू शकतात. हे घटक आवश्यक घटके एक रचना अभियंता म्हणून सेट केले जाते.

एकच-मोड फायबर आत कार्य तेव्हा उर्जा मर्यादा विशेषतः, उद्भवू शकते. अशा कोर एक अतिशय लहान क्रॉस विभागाचा क्षेत्र आहे, आणि एक परिणाम म्हणून अतिशय उच्च तीव्रता therethrough प्रकाश जातो. या अधिक ठाम नॉन-रेषेचा Brillouin अत्यंत, जे वॅट्स अनेक हजारो ऊर्जेचे उत्पादन मर्यादित होत आहे तेव्हा. उत्पादन पुरेसे उच्च असेल, फायबर शेवटी नुकसान होऊ शकतं.

विशेषतः फायबर lasers

काम द्रवपदार्थ म्हणून फायबर वापर जास्त संवाद लांबी, तसेच तेव्हा diode पंपिंग कार्य करते देते. फोटॉन उच्च रूपांतरण कार्यक्षमता, तसेच विश्वसनीय आणि संक्षिप्त बांधकाम, नाही अलग दर्शन, समायोजन किंवा संरेखन आवश्यक असलेल्या या भूमिती परिणाम.

एक फायबर लेसर जे उपकरणे ते चांगले परिस्थितीशी जुळवून घेत करण्याची परवानगी देते, जाड धातू पत्रके वेल्डिंग रुपांतर करता येते आणि femtosecond डाळी उत्पादनासाठी. फायबर-ऑप्टिकल amplifiers एकच पास लाभ प्रदान आणि, दूरसंचार वापरले जातात ते एकाच वेळी अनेक रेडिओ लहरी शक्ती वाढवणे शकता. त्याच लाभ मास्टर आंदोलक सह शक्ती amplifiers वापरले जाते. काही प्रकरणांमध्ये, आवाज किंवा संदेश मोठे करणारे उपकरण सतत लाट लेसर सह चालवता येते.

आणखी एक उदाहरण चालना उत्सर्जन दडपला आहे फायबर-मजबुतीकरण, उत्स्फूर्त उत्सर्जन एक स्रोत आहे. आणखी एक उदाहरण वाढ पांगापांग, सेवनाने कातरणे wavelength सह एकत्रित रमण फायबर लेसर आहे. हे संशोधन अनुप्रयोग आढळले आहे जेथे फ्लोराईड काच ऐवजी मानक गारगोटी तंतू वापरून पिढी आणि विस्तार संयोजन.

तथापि, सामान्यतः तंतुमय पदार्थ, गारगोटी काच कोर मध्ये दुर्मिळ-पृथ्वी एक dopant केले. मूलभूत पदार्थ ytterbium आणि erbium आहेत. Ytterbium 1030 पासून 1080 एनएम करण्यासाठी रेडिओ लहरी आहे, आणि विस्तृत चेंडू सोडणे शकते. 940-एनएम diode पंप वापर लक्षणीय फोटॉन तूट कमी होतो. Ytterbium उच्च घनता येथे neodymium आहेत किंवा स्वत: ची अदृश्य प्रभाव आहे, त्यामुळे नंतरचे बल्क lasers आणि ytterbium वापरले जाते - फायबर (दोन्ही एकाच wavelength प्रदान).

Erbium डोळे एक सुरक्षित, श्रेणी 1530-1620 एनएम मध्ये emits. वारंवारता 780 एनएम, फायबर lasers इतर प्रकारच्या उपलब्ध नाही आहे जो प्रकाश निर्माण करण्यासाठी दुप्पट केले जाऊ शकते. घटक erbium पंप किरणे लक्ष वेधून घेणे आणि प्रक्षेपित होईल जेणेकरून या ऊर्जा शेवटी, ytterbium erbium जोडले जाऊ शकते. Thulium - अशा प्रकारे डोळ्यांनी चित्रे सुरक्षित आहे अवरक्त जवळ प्रदेशात उत्सर्जन, आणखी एक, एक dopant.

उच्च कार्यक्षमता

फायबर लेसर एक दिसायला-तीन स्तरीय प्रणाली आहे. पंप फोटॉन वरील थर जमिनीवर राज्य संक्रमण उत्तेजित होतात. लेझर संक्रमण वरच्या पातळी कमी भाग विभाजित ग्राउंड राज्यांपैकी एक येथे आहे. हे फार प्रभावी आहे: उदाहरणार्थ, ytterbium-940 एनएम प्रकाशकण पंप 1030 एनएम wavelength सह एक प्रकाशकण, आणि भाग दोष (ऊर्जा नष्ट होणे), फक्त 9% emits.

याउलट, neodymium, 808 एनएम हरले सुमारे 24% ऊर्जा येथे गुंतवणूक. त्यामुळे ytterbium अंतर्निहित, उच्च कार्यक्षमता आहे ते सर्व होत फोटॉन काही नुकसान साध्य आहे तरी. च्या 1480 किंवा 980 एनएम तरंगलांबी - यशवंतराव वारंवारता बँड आणि erbium अनेक गुंतवणूक केली जाऊ शकते. उच्च वारंवारता नाही दोष फोटॉन दृष्टीने प्रभावी, पण उपयुक्त, अगदी या प्रकरणात, 980 एनएम कारण,, सर्वोत्तम स्रोत उपलब्ध आहे.

फायबर लेसर एकूणच कार्यक्षमता दोन-चरण प्रक्रिया परिणाम आहे. पहिल्याने, तो पंप diode कार्यक्षमता आहे. सुसंगत किरणे सेमीकंडक्टर स्रोत 50% कार्यक्षमता एक ऑप्टिकल मध्ये एक विद्युत सिग्नल रूपांतर सह, फार प्रभावी आहे. प्रयोगशाळा अभ्यास परिणाम तो 70% किंवा अधिक मूल्य पोहोचण्याचा शक्य आहे की सूचित. अचूक सामना उत्पादन किरणे शोषण ओळ फायबर लेसर साध्य आणि उच्च पंपिंग कार्यक्षमता आहे.

दुसरे म्हणजे, या ऑप्टिकल-ऑप्टिकल रूपांतरण कार्यक्षमता. एक लहान दोष फोटॉन उददीपनाचे एक उच्च डिग्री आणि 60-70% च्या ऑप्टिकल-ऑप्टिकल रूपांतरण कार्यक्षमता माहिती कार्यक्षमता साध्य करू शकता. परिणामी कार्यक्षमता श्रेणी 25-35% आहे.

विविध संरचनांमध्ये

फायबर भाग सतत लाट जनरेटर एकच किंवा multimode (आडवा रीती) असू शकते. Singlemode साहित्य उच्च दर्जाचे तुळई निर्मिती, काम किंवा वातावरण एक तुळई पाठवून multimode औद्योगिक फायबर lasers अधिक शक्ती निर्माण करू शकता. जेथे एक मोठे क्षेत्र प्रकाशित आहे उष्णता उपचारासाठी, धारदार आणि वेल्डिंग, आणि विशेषतः वापरले जाते.

लांब फायबर लेसर सहसा डाळी निर्मिती प्रकार मिलिसेकंद दिसायला-सतत उपकरणे सेवनाने आहे. सहसा कार्यकालचक्र 10% आहे. या सतत मोड (विशेषत: दहा वेळा) एक pulsed ड्रिलिंग, उदाहरणार्थ, वापरले जाते त्या पेक्षा जास्त पीक शक्ती ठरतो. वारंवारता 500 Hz असू शकते कालावधी अवलंबून.

फायबर lasers मध्ये प्रश्न-बदलाव देखील मोठ्या प्रमाणात म्हणून कार्य करते. एक नमुनेदार नाडी कालावधी microseconds करण्यासाठी नॅनोसेकंदची श्रेणी आहे. फायबर यापुढे, आता तो एक दीर्घ नाडी परिणामी उत्पादन किरणे प्रश्न-बदलाव लागतात.

फायबर गुणधर्म प्रश्न स्वरनियमन काही मर्यादा आहेत. फायबर लेसर च्या nonlinearity पीक शक्ती काहीसे मर्यादित असावी जेणेकरून, कारण कोर छोटे क्रॉस विभागाचा क्षेत्र अधिक लक्षणीय आहे. आपण जे उच्च कार्यप्रदर्शन, किंवा सक्रिय भाग समाप्त जोडलेले आहेत ऑप्टिकल modulators प्रदान एकतर प्रश्न खंड स्विच वापरू शकतात.

प्रश्न-स्विच डाळी एक फायबर किंवा पोकळी प्रतिध्वनन यंत्र मध्ये अभाव केले जाऊ शकते. नंतरचे एक उदाहरण अणुचाचण्या (NIF, लिवरमॉर, सीए), जेथे फायबर लेसर 192 तुळ्या एक मास्टर आंदोलक आहे राष्ट्रीय कॉम्प्लेक्स नक्कल मध्ये आढळू शकते. काचेच्या मोठ्या स्लॅब लहान डाळी megajoules करण्यासाठी अभाव doped.

समक्रमण पुनरावृत्ती वारंवारता फायबर lasers समक्रमण सर्किट इतर पर्यायांच्या म्हणून, बिंबविण्याचा साहित्य लांबी अवलंबून आहे आणि नाडी कालावधी प्रक्रिया करून वाढविण्यासाठी क्षमतेवर अवलंबून आहे. 100 एफएस श्रेणीत - कमीत कमी 50 एफएस आणि सर्वात सामान्य श्रेणीत आहेत.

ytterbium आणि erbium फायबर दरम्यान, ते विविध रीती पांगापांग ऑपरेट ज्यायोगे एक महत्त्वाचा फरक आहे. Erbium-doped फायबर असंबद्ध विखुरलेले प्रदेशात 1550 एनएम येथे emitting. या solitons परवानगी देते. Itterbievye तंतू सकारात्मक किंवा सामान्य जगभर विखुरलेले आहेत; एक परिणाम म्हणून, ते निश्चित रेषेचा वारंवारता स्वरभेद डाळी निर्माण. ब्रॅग परिणाम कठोर म्हणून नाडी लांबी संकलित करणे आवश्यक आहे.

अनेक picosecond ultrafast अभ्यास विशेषतः फायबर-लेसर डाळी सुधारित मार्ग आहेत. फोटोनिक क्रिस्टल तंतू मजबूत अरेषात्मक प्रभाव, अशा supercontinuum पिढी म्हणून अतिशय लहान कोर उत्पादित करता येते. याउलट, फोटोनिक क्रिस्टल्स देखील उच्च शक्ती येथे अरेषात्मक प्रभाव टाळण्यासाठी फार मोठ्या एकच-मोड कोर उत्पादित करता येते.

उच्च पॉवर आवश्यक अनुप्रयोग निर्माण मोठ्या कोर लवचिक फोटोनिक क्रिस्टल फायबर. पद्धती एक मूलभूत आडवा मोड साधताना फायबर मुद्दाम वाकलेली कोणत्याही अवांछित उच्च ऑर्डर रीती काढून टाकणे. नॉन-linearity विषयाच्या निर्माण; आणि गोलाकार वारंवारता कमी करून, आपण एक लहान आणि आता रेडिओ लहरी तयार करू शकता. अरेषात्मक प्रभाव देखिल जे देखावा वारंवारता combs ठरतो नाडी संक्षेप, निर्मिती करू शकता.

अतिशय लहान डाळी म्हणून supercontinuum स्रोत टप्प्यात स्वरनियमन माध्यमातून सतत स्पेक्ट्रम निर्मिती. उदाहरणार्थ 1050 एनएम, ytterbium फायबर लेसर स्पेक्ट्रम अतिनील जास्त 1600 एनएम श्रेणीत प्राप्त निर्माण ज्या प्रारंभिक 6 PS डाळी पासून. 1550 एनएम तरंगलांबी येथे आयआर गुंतवणूक erbium-supercontinuum स्रोत आणखी एक स्रोत.

उच्च शक्ती

उद्योग सध्या फायबर lasers सर्वात मोठा ग्राहक आहे. मागणी सध्या वाहन उद्योगाला वापरले kilowatts क्रम शक्ती मिळेल. वाहन उद्योगाला टिकाऊपणा आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी उच्च शक्ती स्टील कार उत्पादन वाटचाल आणि जास्त इंधन अर्थव्यवस्था करणे तुलनेने सोपे आहे आहे. पारंपारिक मशीन टूल्स फार कठीण आहे, उदाहरणार्थ, स्टील हा प्रकार असा ठोसा राहील आणि सुसंगत किरणे स्रोत सोपे करता.

भाग जनरेटर इतर प्रकारच्या तुलनेत कटिंग धातू फायबर लेसर, अनेक फायदे आहेत. उदाहरणार्थ, जवळ-इन्फ्रारेड waveband तसेच धातू गढून गेलेला. बीम फायबर कापून आणि ड्रिलिंग तेव्हा सहज लक्ष हलविण्यासाठी रोबो परवानगी देते जे माध्यमातून वितरित केले जाऊ शकते.

ऑप्टिकल फायबर शक्ती सर्वाधिक आवश्यकता पूर्ण करते. शस्त्रे अमेरिकन नेव्ही, 2014 मध्ये चाचणी केली, 6-फायबर 5.5-किलोवॅट एक तुळई एकत्रित आणि लागत ऑप्टिकल प्रणाली द्वारे उत्सर्जित होणाऱ्या lasers समावेश आहे. 33 किलोवॅट युनिट पराभव करण्यासाठी वापरण्यात आले होते एक मानवरहित हवाई वाहन. तुळई एका-मोड नाही तरी, प्रणाली, स्वारस्य आहे हे मानक, तात्काळ उपलब्ध साहित्य बाहेर त्यांचे हात एक फायबर लेसर निर्माण करण्यास परवानगी देते म्हणून.

सर्वाधिक शक्ती एकच-मोड IPG Photonics च्या सुसंगत प्रकाश स्रोत 10 किलोवॅट आहे. मास्टर आंदोलक इतर फायबर lasers प्रकाश सह 1018 एनएम येथे गुंतवणूक स्टेज वर्धक पुरविले आहे ऑप्टिकल शक्ती, एक वॅट निर्मिती. संपूर्ण प्रणाली दोन रेफ्रिजरेटरची एक आकार आहे.

फायबर lasers वापर देखील उच्च पॉवर पठाणला आणि वेल्डिंग विस्तार. उदाहरणार्थ, ते प्रतिकार साहित्य विकृत रूप समस्या सोडवणे स्टील शीट वेल्डिंग बदलले. उर्जा नियंत्रण व इतर बाबी अतिशय तंतोतंत पठाणला वक्र, विशेषत: कोप परवानगी देते.

सर्वात शक्तिशाली multimode फायबर लेसर - 100 किलोवॅट पर्यंत - एकाच निर्मात्याकडून धातू कापून. प्रणाली विसंगत तुळई संयोजन आधारित आहे, त्यामुळे ते उच्च दर्जाचे तुळई सुपर नाही. हा प्रतिकार उद्योगासाठी आकर्षक फायबर lasers करते.

ठोस ड्रिलिंग

4 किलोवॅट च्या मल्टीमोड फायबर लेसर उत्पादन बनवतो आणि ठोस ड्रिलिंग वापरले जाऊ शकते. का आले? अभियंते विद्यमान इमारती भूकंपाचा प्रतिकार साध्य करण्याचा प्रयत्न करीत आहेत, तेव्हा ठोस फार काळजी आहे. अशा स्टील मजबुतीकरण परंपरागत कागदाची पुडी ड्रिलिंग म्हणून मध्ये स्थापित तेव्हा, फायबर lasers चिरडून न कट राजकीय वाद होऊ आणि ठोस दुर्बल, पण.

लेबलिंग किंवा सेमीकंडक्टर इलेक्ट्रॉनिक्स उत्पादनात उदाहरणार्थ वापरले एक प्रश्न-स्विच फायबर सह lasers. ते देखील श्रेणी finders वापरले जातात: मॉड्युल्स हात आकार डोळा-सुरक्षित फायबर lasers ज्या उत्पादन 4 किलोवॅट, 50 kHz वारंवारता आणि 5-15 NS एक नाडी कालावधी असू आहेत.

पृष्ठभाग उपचार

सूक्ष्म आणि nanoprocessing लहान फायबर lasers महान व्याजासह आहे. , पृष्ठभाग थर काढून टाकताना नाडी कालावधी 35 पेक्षा लहान ps, नाही फवारणी साहित्य आहे तर. या dimples आणि इतर अनिष्ट कृत्रिमता निर्मिती प्रतिबंधित करते. femtosecond राजवटीत डाळी तरंगलांबी संवेदनशील नाहीत आणि आसपासच्या क्षेत्रात आसपासच्या भागात खारा नुकसान किंवा कमकुवत न कार्य करण्याची परवानगी गरम पाण्याची सोय नाही आहे की अरेषात्मक प्रभाव निर्मिती. याव्यतिरिक्त, राहील रुंदी एक उच्च खोली सह कट जाऊ शकते - उदाहरणार्थ, पटकन 1 MHz एक वारंवारता एक स्टेनलेस स्टील 800-FS डाळी वापरून 1 मिमी लहान राहील (काही मिलिसेकंदात आत).

तो पृष्ठभाग उपचार पारदर्शक साहित्य, उदा मानवी डोळा निर्मिती करणे देखील शक्य आहे. डोळा microsurgery एक फडफड कट, femtosecond डाळी पृष्ठभाग कोणत्याही नुकसान होऊ न देता डोळ्यातील पृष्ठभाग खाली एक बिंदू घट्ट लक्ष केंद्रित लेन्स vysokoaperturnym, पण डोळा नियंत्रित खोली वरील सामग्री नष्ट करून. डोळ्याच्या बाहुलीचा पारदर्शक पडदा, दृष्टी आवश्यक आहे, जे गुळगुळीत पृष्ठभाग सुरक्षित आहे. फडफड, तळाशी विलग नंतर excimer लेसर लागत लेन्स ठेवावे पर्यंत कुलशेखरा धावचीत केले जाऊ शकते आहे. इतर वैद्यकीय अनुप्रयोग त्वचाविज्ञान शस्त्रक्रिया उथळ आत प्रवेश करणे, तसेच ऑप्टिकल स्पष्टपणा Tomography विशिष्ट प्रकारच्या वापर यांचा समावेश आहे.

femtosecond lasers

विज्ञान Femtosecond lasers लेसर यंत्रातील बिघाड स्पेक्ट्रम, एक ऐहिक ठराव फ्लूरोसेन्सचा स्पेक्ट्रम जागृत करण्यासाठी वापरले, आणि सामान्य साहित्य संशोधन. शिवाय, ते metrology आणि सामान्य अभ्यास आवश्यक femtosecond वारंवारता कंगवा निर्मितीसाठी आवश्यक आहेत. शॉर्ट टर्म मध्ये रिअल अनुप्रयोग एक एक नवीन पिढी जीपीएस उपग्रह, स्थिती अचूकता वाढेल अणु clocks असेल.

सिंगल वारंवारता फायबर लेसर पेक्षा कमी 1 kHz एक भुताटकीचा linewidth सह सुरू आहे. 10 मेगावॅट पासून 1 आ एक लहान किरणे उत्पादन सामर्थ्याने हे प्रभावी साधन. (फायबर gyroscopes मध्ये, उदा) या संचार, metrology क्षेत्रात अर्ज आणि स्पेक्ट्रम नाही.

पुढील काय आहे?

संशोधन अनुप्रयोग, तरीही त्यांना भरपूर अभ्यास केला आहे. उदाहरणार्थ, लष्करी अभियांत्रिकी, इतर भागात लागू केले जाऊ शकते, एक फायबर-लेसर किरण यात ज्यामध्ये सुसंगत किंवा भुताटकीचा जोडी वापरून उच्च तुळई प्राप्त करण्यासाठी. एक परिणाम म्हणून, अधिक शक्ती एकच-मोड तुळई मध्ये गाठला आहे.

फायबर lasers उत्पादन विशेषत: वाहन उद्योगाला गरजा, वेगाने वाढत आहे. तसेच, नॉन-तंतुमय फायबर साधने बदलण्याची शक्यता आहे. खर्च आणि कामगिरी सामान्य सुधारणा व्यतिरिक्त, अधिक व्यावहारिक femtosecond lasers आणि supercontinuum स्रोत आहेत. फायबर lasers अधिक नंबर व्यापू आणि lasers इतर प्रकारच्या सुधारणा एक स्रोत बनू.