Ytterbium فايبر ليزر: د آله، چې چليز اصل، د برېښنا، توليد، استعمال

فایبر ليزرز دي تړون او تلپاتې، دقیق، او اسانه توزیعی د بیځایه ګرمۍ. دوی په مختلفو ډولونو راځي او يو زيات شمېر سره د نورو ډولونو ليزرز نه د خپلو بې سارې ګټې لري.

فایبر ليزرز: د عملياتو

د دې ډول وزلې دي د فايبر څخه د منطقی د وړانګو د جامد دولت سرچینه معياري توپير، پرځای امسا کار مايع، یوه ذریعه یا ډیسک. په رڼا کې د نوري فایبر د مرکزي برخه د dopant له خوا رامینځ ته. د اساسي جوړښت له ساده ته خورا لړ پېچلي. Ytterbium فايبر ليزر دستګاه چې دغه ډول د فايبر لري ترڅو د حجم په نسبت د يو پراخه سطحه، نو له ګرمۍ کولای شي په نسبي ډول په اسانۍ سره شنډ شي.

فایبر ليزرز دي optically پمپ، زیاتره سره د diode ليزرز په مرسته، خو په ځینو مواردو کې - د همدې سرچينې. فایبر په دغو سیستمونو کارول دي معمولا د نوري فایبر برخې استازیتوب کوي، پکې تر ټولو او یا د هغوی ټول له يو بل سره وصل دي. په ځینو قضیو کې، یوه برخه فایبر، او کله ناکله د داخلي نوري فايبر سيستم سره د يو بهرني عمده فایبر ده ګډو.

يو diode پمپ سرچینه ښايي diode د قومي، او یا د انفرادي diodes ماتو، چې هر يو ته د اتصالي فایبر waveguide نښلي وي. په هر پای Doped فايبر لري هنداره جوف resonator - په عمل لپاره د فايبر برګ ځالی. د عمده فایبر د پايو لري، که نه یوازې د محصول لازیاد داخليږي څخه فايبر بل څه. د رڼا لارښود به دومره تاو شي، چې که د خوښې وړ د ليزر جوف ښايي د څو متره اوږدوالی لري.

binuclear

جوړښت الیاف په فايبر ليزرز کارول، مهم دی. ډېر عام دی چې د یوه دوه ګوني اصلي جوړښت د هندسې. Undoped خارجي اصلي (کله ناکله د intima په توګه ته راجع) پمپ رڼا راټولوي او الرښوونه دا د فايبر په اوږدو کې. تحريک د وړانګو په فايبر تولید د داخلي اصلي، چې اکثرا یو واحد اکر څخه تېرېږي. د داخلي اصلي لرونکی یو additive ytterbium، د پمپ رڼا له خوا نه تحريک. hexagonal، D-شکل او مستطيل، د کشفوی د احتمال په مرکزي هسته کې د رڼا لازیاد کمولو - د noncircular خارجي اصلي ډیرو بڼو کې ګډون لري.

د فايبر ليزر کولای شي د پای او یا اړخ د پمپ لري. له يو يا زيات د سرچينې د لومړي صورت په رڼا کې داخليږي د فايبر پای. کله چې د اړخ د پمپ رڼا ده چې د splitter چې خواړه ورکوي چې دا د خارجي اصلي ته چمتو کړل. دا توپير د ليزر امسا چې رڼا ته د محور عمودي داخليږي څخه.

د داسې یوه پریکړه د جوړښت پرمختګ په ډیر اړتیا لري. د پام وړ پاملرنه ده چې د پمپ رڼا لنډيز د اصلي ته نفوس Inversion توليد ورکول، په داخلي اصلي ته تحريک خپریدلو مخکښ. ليزر اصلي ښايي مختلف د amplification درجو کې د نوري فایبر او همدارنګه په خپله د اوږدوالي ولري په doping،. دغه عوامل په توګه د اړتیا پارامترونو يوه ډيزاين انجنير جوړ شوي دي.

د بریښنا د حد ښايي A-واحد اکر فايبر کې دننه فعالیت کوي کله چې، په ځانګړي ډول. دغه ډول د اصلي لري يو ډېر کوچني Cross-ساحه، او په پايله کې تېرېږي د ډېر لوړ شدت therethrough رڼا. کله چې دا ډیر برجسته غیر خطي Brillouin scattering، چې د برېښنا او د څو زره د بريښنا د محصول محدودوي کېدو. که د محصول په کافي اندازه لوړه ده، د فايبر پای کیدای شي.

په ځانګړې توګه فايبر ليزرز

د کار د مايعاتو په توګه د فايبر استعمال زیات متقابل عمل په اوږدوالي، چې د ښه کار کوي کله چې د diode پمپ ورکوي. دا هندسې په نتیجه کی photons یو لوړ بدلولو موثريت، او همدارنګه د باور وړ او د تړون د جوړولو، چې نه د discrete فایبر، تعديل او يا د ساحاتو ته اړتيا لري.

د تولېد په ليزر، چې د دستګاه ته اجازه ورکوي چې په ښه اشنا شي، کولای شي د غليظ فلزي پاڼې ولډنګ سره مطابقت ولری او د femtosecond دال توليدوي. د نوري-فايبر amplifiers-واحد کوتل ګټې برابر کړي او په مخابراتي کارول شوي دي، چې دوی کولای شي ګڼ شمېر ويولنتهز وخت ميلان. همدغه ګټې دی په واک کې amplifiers سره د بادار oscillator کارول. په ځینو مواردو کې، د amplifier کولای شي د يو پرله پسې څپې ليزر فعال شي.

بل مثال دی د فايبر استحکامي، په کوم کې چې تحريک خپریدلو ده وځپل له اختياره خپریدلو يوه سرچينه ده. بل مثال دی Raman فايبر ليزر سره زیات تیت، د پام وړ shear ويولنته ګډو. دا په څیړنه غوښتنلیک موندل، چې د نسل او amplification د ترکیب پر ځای د معياري دکثافتونو سپڼسی د فلوراید ګيلاس کاروي.

که څه هم، په عمومي توګه، الیاف د دکثافتونو شیشه سره په اصلي نادره ځمکه dopant کړې. د اساسي او اضافی دي ytterbium او erbium. Ytterbium څخه د 1030 تر 1080 NM ويولنتهز لري، او کیدای شي په پراخه کچه باندې خپروي. د 940-NM diode پمپ استعمال د پام وړ د photons د کسر کموي. Ytterbium نه ځان quenching اغیزې، چې په لوړ تراکم neodymium لري، له دې امله د وروستنۍ حجمونو لایزرونه او ytterbium کارول کیږي - په فايبر (هغوی دواړه ورته ويولنته په اړه برابر کړي).

په لړ 1530-1620 NM Erbium emits، لپاره د سترګو یو خوندي. د فریکونسي د دوه برابره شي چې په 780 NM دي، چې نه د فايبر ليزرز نورو ډولونه رڼا کړي. په پای کې، ytterbium ته erbium زياته کړه کولای شي تر څو چې د عنصر به دا د انرژۍ د پمپ د وړانګو ته erbium جذب او انتقال. Thulium - په نږدې اودبې سیمه کې د خپریدلو، چې په دې توګه ده د سترګو انځورونه خوندي بل dopant.

لوړ اغیزمنتوب

د فايبر ليزر یوه نیمه درې کچې سیستم. د پمپ photons له ځمکې څخه د دولت د مشرانو طبقه ته د لیږد تعجب. ليزر د انتقال د ویش په ځمکې ایالاتو یو د مشرانو په کچه د ټولو ټیټه برخه څخه دی. دا ډیر اغیزمن: د مثال په توګه، ytterbium-940 NM photon پمپ سره د 1030 NM ويولنته یو photon، او د سوپر عیب (د انرژۍ د تاوان)، يوازې په اړه د 9٪ emits.

په مقابل، neodymium، په 808 NM د انرژۍ په اړه د 24٪ ورکوی پمپ. په دې ډول، ytterbium ذاتا د یو داسې لوړ موثریت، که څه هم دا د ټولو نه وړ ده چې د د photons ځينې په سوځېدو له امله. د 1480 او یا 980 NM ويولنته - Yb ښايي د فریکونسۍ، او erbium د يو شمير پمپ شي. د لوړې فریکونسۍ نه د عیب photons توګه اغیزمن، خو ګټور هم په دې صورت کې، ځکه په 980 NM ده،،، غوره سرچينو شته.

د فايبر ليزر په ټولیز ډول موثریت دی د دوه پړاویزه پروسه پایله ده. لومړی، دا د پمپ diode موثریت. د منطقی د وړانګو Semiconductor سرچینې دي ډیره اغیزمنه ده، سره 50٪ د اغيزمنتيا د برق سيګنال واړوي یوه نوري. د لابراتوار د زده کړو پايلې ښيي چې دا ممکنه ده چی د 70٪ یا زیات ارزښت ته ورسيږي. د کره لوبه محصول د وړانګو د جذب کرښې فايبر ليزر ده ترلاسه کړې او د پمپ یو لوړ موثریت.

دوهم، دا نوري-نوري بدلولو موثریت. کله چې یوه کوچنۍ عیب photons کولای شي د excitation په لوړه درجه او د 60-70٪ نوري-نوري بدلولو موثریت د استخراج اغيزمنتيا ته د رسيدو. په پایله موثریت په لړ 25-35٪ ده.

په مختلفو بڼې

فایبر سوپر دوامداره څپې جنراتورونو کیدای شي واحد یا multimode (transverse د طريقو). Singlemode د موادو لپاره د لوړ کيفيت لازیاد توليدوي، کار کوي او یا د فضا له لارې د لازیاد د استولو، او multimode صنعتي فايبر ليزرز کولای نور بریښنا برابره کړي. دا د د پري کولو او ولډنګ، او په ځانګړې توګه کارول، د تودوخې د درملنې، چې د يوه پراخه سیمه ده روښانه.

د اوږد فايبر ليزر ده د پام وړ نيمه دوامداره دستګاه معمولا millisecond دال تولید ډول. معمولا دا دنده د دوران 10٪ ده. دا سبب د دوامداره اکر (په خاصه توګه لس برابره) چې کارول کیږي، د مثال په توګه، د یو pulsed برمه په پرتله په لوړه څوکه د قدرت. د فریکونسي کیدای شي د 500 Hz، تکيه لري چې موده.

په فايبر ليزرز پوښتنه-بدلون هم لکه څنګه چې په عمده عمل کوي. په يوې عامې نبض موده کې د microseconds nanoseconds لړ ده. د نور د فايبر، د نور دا د محصول د وړانګو پوښتنه-بدلون اخلي، په پايله کې د اوږدې نبض.

فایبر مال په پوښتنه د ټلۍ ځینې محدودیتونه دي. د فايبر ليزر nonlinearity ځکه چې د اصلي د کوچنيو Cross-ساحه ده نور د پام وړ، له دې امله چې د اوج قدرت باید حده محدود وي. تاسو کولای يا د پوښتنه حجم سویچونه، چې د لوړو کړنو، يا نوري فایبر modulators، چې د فعاله ونډه د پايو ته وصل دي برابر وکاروي.

پوښتنه-switched دال کولای شي په یوه فايبر يا په جوف resonator شامخو شي. یو د ورستنيو مثال په توګه د اټومي ازموینو (NIF، Livermore، سي ای)، چې د فايبر ليزر ده لپاره د 192 بیمونه یو بادار oscillator د ملي پیچلی ظاهري وموندل شي. د ښيښه لوی سلبونه کوچني دال doped ته megajoules شامخو.

په سره همغږی د تکرار د فریکونسي فايبر ليزرز د پیاوړي موادو په اوږدوالي، لکه څنګه چې د همغږی د circuits نورو طريقو پورې تړاو لري او نبض موده په توان throughput پياوړتيا پورې اړه لري. د ټولو لنډه کې د 50 په مطالعه کې، او تر ټولو عادی لړ دي - چې په کې د 100 په مطالعه کې د لړ.

ytterbium او erbium فايبر په منځ کې، هلته يو مهم توپير، چیرې چې دوی په مختلفو طريقو تیت او فعالیت کوي. Erbium-doped فايبر کې د ګنډ تیت او یو سیمه کې په 1550 NM emitting. دا اجازه ورکوي solitons. Itterbievye الیاف په يو مثبت او یا عادي تیت دي؛ د پایلې په توګه، دوی سره خطي د فریکونسۍ د ټلۍ اعلان دال تولید کړي. د برګ په پایله کې ځالی دا کیدای شي باید د نبض اوږدوالی نښتيځيل.

د picosecond ultrafast مطالعاتو څو لارو د فايبر ليزر دال بدلون، په ځانګړې توګه شتون لري. Photonic کریستال الیاف سره د یوې قوي nonlinear اغیزې، لکه د supercontinuum نسل ډېرې کوچنۍ cores توليد شي. برعکس، د photonic کرستالونو باندې هم سره ډېر لوی-واحد اکر اصلي موخه په لوړه قدرتونو nonlinear عوارضو څخه ډډه وکړي توليد شي.

د لویو اصلي لپاره غوښتنلیکونه اړتیا لوړ قدرت جوړ انعطاف photonic کریستال فايبر. د ميتودونو يو د فايبر قصدي قاتيدلو هر ناغوښتل لوړو نظم د طريقو لرې په داسې حال کې یوه بنسټیزه transverse اکر ساتلو. د غیر linearity harmonics پيدا کوي؛ او له خوا د تاوېدو فریکونسۍ منفي، چې تاسو کولای شي په یو لنډ او اوږد ويولنتهز رامنځته کړي. Nonlinear اغیزې هم کولای شي نبض کمپرسی، چې د بڼه د فریکونسۍ ږومنځه سبب توليدوي.

د په توګه ډېر لنډ دال supercontinuum سرچینه تولید پړاو د ټلۍ له لارې د دوامداره طیف. د مثال په توګه، د 1050 په NM، چې رامنځته د ytterbium فايبر ليزر طیف څخه د ماورای بنفش له 1600 څخه زيات NM په لړ لاسه د لومړنیو 6 ps دال. د 1550 NM یو ويولنته د IR-پمپ erbium-supercontinuum سرچینه بله سرچينه ده.

د عالي قدرت

د صنعت دا مهال د نوري فایبر ليزرز تر ټولو لوی مصرف کوونکی دی. په لوړ تقاضا همدا اوس د ولټه مشين په صنعت کې کارول په امر د واک څخه خوند اخلي. د موټرو د صنعت روان دی د لوړ ځواک د پولادو د موټرو د تولید په لور د متداولو د اړتیاو د پوره کولو او د دي په نسبي ډول د تیلو لوی اقتصاد آسانه. د دوديزې ماشین وسیلې ډېره ستونزمنه ده، د مثال په توګه، د پولادو د دې ډول سوريو punch او د منطقی د وړانګو د سرچينو دا آسانه.

پری فلزي فايبر ليزر، په پرتله د سوپر جنراتور نور ډولونه لري د ګټې شمیر. د مثال په توګه، نږدې اودبې waveband او همدارنګه د فلزاتو د جذب. بيم د فايبر، چې د روباټ ته اجازه ورکوي چې د تمرکز په اسانۍ سره حرکت پرې کول او برمه کله چې له لارې وړاندې شي.

نوري فايبر د قدرت په لوړه غوښتنې پوره. د وسلو د امریکا د سمندري ځواک، په 2014 کال کې ازمویل، د 6-فايبر 5.5 کیلو واټو ليزرز په یوه لازیاد په ګډه او د جوړولو نوري سیستم له الرې وړانګو څخه جوړه ده. 33 واټه واحد شو ته ماتې کارول د یوې بې پیلوټه هوايي موټر. که څه هم د لازیاد یو واحد-اکر نه ده، چې د نظام د ګټو ده، ځکه چې دا اجازه ورکوي چې د معياري، پداسي توګه چمتو اجزاو سره خپل لاسونه د تولېد په ليزر رامنځته کړي.

د لوړ قدرت واحد-اکر او منطقی په رڼا کې د IPG Photonics سرچينو ده 10 واټه. د بادار oscillator د نوري قدرت، چې د تهيه له پړاو سره د نورو فايبر ليزرز رڼا په 1018 NM پمپ amplifier يو واټ توليدوي. د ټول سيستم لري د دوه يخچالونو يوه اندازه.

د فايبر ليزرز استعمال هم وغځول، څو د بريښنا لوړ پرېکول او ولډنګ. د مثال په توګه، دوی بدل مقاومت ولډنګ فولادو پاڼه د مادي deformation د ستونزو د حل. د برېښنا د کنټرول او د نورو پارامترونو ډیر دقیق پري هيئتونو په، په ځانګړې توګه په یوه کونج ته اجازه ورکوي.

ډیر غښتلي multimode فايبر ليزر - د ورته جوړونکي څخه د فلزاتو پرې کول - تر 100 واټه. د سيستم د متضاده لازیاد د ترکیب پر بنسټ، له دې امله دا د سوپر د لوړ کیفیت جزيات نه. دا مقاومت فايبر ليزرز په زړه لپاره د صنعت جوړوي.

کانکریټ برمه

Multimode د 4 واټه فايبر ليزر د محصول لپاره د پري کولو او د کانکریټ برمه وکارول شي. ولې دا کار؟ کله چې انجنیران هڅه کوي چې د موجوده ودانۍ د زلزلې مقاومت د ترالسه کولو لپاره، سره د کانکریټ ډېر پام وي. کله چې په هغې کې نصب، لکه د اوسپنې استحکامي د دوديزې دموسیقی برمه ښايي نیمګړتیاوو سبب او د کانکریټ کمزوری کړي، خو د نوري فایبر ليزرز پرته اوريزو دا پرې کړي.

ليزرز سره پوښتنه-switched فايبر لپاره د لېبل يا د semiconductor د برښنا د توليد په د مثال په توګه کارول. دوی په لړ finders هم کارول: ماډلونه دي د یوه لاس په اندازه د سترګو خوندي فايبر ليزرز د چا محصول دی چی 4 واټه، د 50 kHz فریکونسۍ او د 5-15 NS یو نبض موده لري.

سطحي درملنې

په لپاره د کوچنيو او وړو nanoprocessing فايبر ليزرز غوره لیوالتیا شته. کله چې د سطحی طبقه لرې، که د نبض موده ده د 35 څخه لنډه ps، شيندل مواد نه لري. دا د dimples او نورو نامطلوبي آثارو د جوړېدو مخنیوی کوي. په femtosecond رژيم د دال nonlinear اغیزې چې د ويولنته حساس نه دي او شاوخوا سيمه تاوده نه ده، اجازه پرته د پام وړ زيان د شاوخوا سیمو او یا کمزوري کار توليدوي. سربيره پر دې، سوري کېدای شي د سور د يوه لوړ ژوره وشړل شي - د مثال په توګه، په چټکۍ سره (په چوکاټ کې د يو څو milliseconds) د 1 ملي متر کوچنيو سوريو یو لوله پلیکا، 800-fs دال سره د 1 ميګاهيرتزه فریکونسۍ کاروي.

دا د ممکنه موادو د درملنې سطحه هم ممکن ده، د بیلګې په توګه، د انسان سترګې. د مایکروجنسیز سره د فلیپ د مینځلو لپاره، د فوتوسیډنډ غاښونه په سترګو سره د سترګو د سطحې لاندې په ټیټ فشار کې د لوړ-یپرچر لینز تمرکز کوي، پرته له دې چې هیڅ ډول تخریب سطح ته زیان ورسوي، مګر د کنترول شوي ژور کې د سترګو موادو ویجاړول. د کوینډا ساده سطح، چې د لید لپاره خورا مهم دی، لاهم پاتې دی. فلیپ، له لاندې څخه جلا شوی، نو بیا کیدای شي د سطح حوصلې لیزر لین جوړول لپاره پورته شي. نور روغتیایی غوښتنلیکونه د ډمیټولوژي په برخه کې د عصبي ننوتلو جراحي شامل دي، او همدارنګه په ځینو ډوله نظریاتو همغږي کې ټایګرافی کارول شامل دي.

فوتوسیکوند لاسرسونه

په ساینس کې د Femtosecond کومانوم جنریټرونه د لیزر ماتولو، د وخت حل شوې فلوروسینسی سپیکروسکوپی، او د عمومي موادو څیړنو لپاره د کڅوړو سپریدوسپيکي لپاره کارول کیږي. برسېره پردې، دوی د فرټوسایډ فریکونسی combs تولید لپاره اړین دي، چې د مایکلولو او عمومي مطالعو لپاره اړین دي. په لنډه موده کې یو له اصلي غوښتنلیکونو څخه به د نوي نسل GPS GPS مصنوعي سایټونو لپاره اټومي ساعت وي، چې دا به د پوستې دقیقیت لوړ کړي.

د واحد فریکوئنسی فایبر لیزر د کرارالین کرښې سره د 1 kHz څخه کم کم شوی دی. دا یو اغېزناکه کوچنۍ وسیله ده چې د 10 میګاواټو ویډیډیشن محصول سره 1 W. دا د اړیکو، میتولوژی (په بیلګه کې، د فایبر ګیرروسکوز په بڼه) او سپریسکروپيپي کې د غوښتنلیک موندنه کوي.

نور څه دي؟

د نورو څیړنو غوښتنلیکونو لپاره، ډیری نور مطالعه کیږي. د بیلګې په توګه، پوځي پرمختګ، کوم چې په نورو سیمو کې کارول کیدی شي، چې د فایبر لیزر بیام سره یوځای کیږي چې د یو متوازن یا معتبر ترکیب په وسیله د لوړ کیفیت لرونکي تولید تولیدوي. د پایلې په توګه، په یوه موډل موډل کې لوړ ځواک لاسته راوړل کیږي.

د فایبر لیزر تولید په چټکۍ سره وده کوي، په ځانګړې توګه د موټرو صنعت صنعت ته اړتیا لري. همداراز د غیر فایبر وسیلو بدلیدونکي فایبر هم شتون لري. د لګښت او فعالیت په عمومي وده کې، برسیره پردې د فټوسیکونډ quantum generators او supercontinuum سرچینې شتون لري. د نوری فایبر لیزر نور ډیري نیغ په نیغه نیسي او د نورو لیزرونو لپاره د ښه والي سرچینه ګرځوي.