उच्च शक्ति वाले फाइबर लेजरों का तकनीकी विकास

उच्च शक्ति वाले फाइबर लेजरों का तकनीकी विकास

अनुकूलनफाइबर लेजरसंरचना

1. अंतरिक्ष प्रकाश पंप संरचना

प्रारंभिक फाइबर लेजर मुख्य रूप से ऑप्टिकल पंप आउटपुट का उपयोग करते थे।लेज़रफाइबर लेजर की आउटपुट क्षमता कम होती है, इसलिए कम समय में इसकी आउटपुट क्षमता को तेजी से बढ़ाना एक बड़ी चुनौती है। 1999 में, फाइबर लेजर अनुसंधान और विकास के क्षेत्र में आउटपुट क्षमता पहली बार 10,000 वाट के पार पहुंच गई। इस फाइबर लेजर की संरचना मुख्य रूप से ऑप्टिकल द्विदिशीय पंपिंग का उपयोग करके एक रेजोनेटर बनाती है, और इसके स्लोप एफिशिएंसी का अध्ययन करने पर यह 58.3% तक पहुंच गई।
हालांकि, फाइबर पंप प्रकाश और लेजर कपलिंग तकनीक का उपयोग करके फाइबर लेजर विकसित करने से फाइबर लेजर की आउटपुट शक्ति में प्रभावी रूप से सुधार किया जा सकता है, लेकिन साथ ही इसमें जटिलता भी है, जो ऑप्टिकल लेंस द्वारा ऑप्टिकल पथ के निर्माण के लिए अनुकूल नहीं है। ऑप्टिकल पथ के निर्माण की प्रक्रिया में लेजर को स्थानांतरित करने की आवश्यकता होने पर, ऑप्टिकल पथ को भी पुनः समायोजित करने की आवश्यकता होती है, जो ऑप्टिकल पंप संरचना फाइबर लेजर के व्यापक अनुप्रयोग को सीमित करता है।

2. प्रत्यक्ष दोलक संरचना और MOPA संरचना

फाइबर लेज़रों के विकास के साथ, क्लैडिंग पावर स्ट्रिपर्स ने धीरे-धीरे लेंस घटकों का स्थान ले लिया है, जिससे फाइबर लेज़रों के विकास के चरण सरल हो गए हैं और अप्रत्यक्ष रूप से फाइबर लेज़रों की रखरखाव दक्षता में सुधार हुआ है। यह विकास प्रवृत्ति फाइबर लेज़रों की बढ़ती व्यावहारिकता का प्रतीक है। डायरेक्ट ऑसिलेटर संरचना और MOPA संरचना बाज़ार में फाइबर लेज़रों की दो सबसे आम संरचनाएं हैं। डायरेक्ट ऑसिलेटर संरचना में ग्रेटिंग दोलन की प्रक्रिया में तरंगदैर्ध्य का चयन करती है और फिर चयनित तरंगदैर्ध्य को आउटपुट करती है, जबकि MOPA ग्रेटिंग द्वारा चयनित तरंगदैर्ध्य को सीड लाइट के रूप में उपयोग करती है, और सीड लाइट को प्रथम-स्तरीय एम्पलीफायर की क्रिया द्वारा प्रवर्धित किया जाता है, जिससे फाइबर लेज़र की आउटपुट शक्ति में भी कुछ हद तक सुधार होता है। लंबे समय से, MPOA संरचना वाले फाइबर लेज़रों को उच्च-शक्ति वाले फाइबर लेज़रों के लिए पसंदीदा संरचना के रूप में उपयोग किया जाता रहा है। हालांकि, बाद के अध्ययनों में पाया गया है कि इस संरचना में उच्च-शक्ति उत्पादन से फाइबर लेजर के अंदर स्थानिक वितरण की अस्थिरता आसानी से हो सकती है, और आउटपुट लेजर की चमक कुछ हद तक प्रभावित होगी, जिसका उच्च-शक्ति उत्पादन प्रभाव पर भी सीधा असर पड़ता है।

पंपिंग प्रौद्योगिकी के विकास के साथ

प्रारंभिक यटरबियम-डॉप्ड फाइबर लेजर की पंपिंग तरंगदैर्ध्य आमतौर पर 915nm या 975nm होती थी, लेकिन ये दोनों पंपिंग तरंगदैर्ध्य यटरबियम आयनों के अवशोषण शिखर होते हैं, इसलिए इसे प्रत्यक्ष पंपिंग कहा जाता है। क्वांटम हानि के कारण प्रत्यक्ष पंपिंग का व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया गया है। इन-बैंड पंपिंग तकनीक प्रत्यक्ष पंपिंग तकनीक का ही एक विस्तार है, जिसमें पंपिंग तरंगदैर्ध्य और संचारित तरंगदैर्ध्य के बीच की तरंगदैर्ध्य समान होती है, और इन-बैंड पंपिंग में क्वांटम हानि की दर प्रत्यक्ष पंपिंग की तुलना में कम होती है।

उच्च शक्ति फाइबर लेजरप्रौद्योगिकी विकास में बाधा

हालांकि फाइबर लेजर का सैन्य, चिकित्सा और अन्य उद्योगों में व्यापक उपयोग है, चीन ने लगभग 30 वर्षों के तकनीकी अनुसंधान और विकास के माध्यम से फाइबर लेजर के व्यापक अनुप्रयोग को बढ़ावा दिया है, लेकिन उच्च शक्ति वाले फाइबर लेजर बनाने के लिए वर्तमान तकनीक में अभी भी कई बाधाएं हैं। उदाहरण के लिए, क्या फाइबर लेजर की आउटपुट शक्ति सिंगल-फाइबर सिंगल-मोड 36.6 किलोवाट तक पहुंच सकती है; फाइबर लेजर की आउटपुट शक्ति पर पंपिंग पावर का प्रभाव; फाइबर लेजर की आउटपुट शक्ति पर थर्मल लेंस प्रभाव का प्रभाव।

इसके अतिरिक्त, फाइबर लेजर की उच्च शक्ति उत्पादन तकनीक के अनुसंधान में अनुप्रस्थ मोड की स्थिरता और फोटॉन डार्कनिंग प्रभाव पर भी विचार किया जाना चाहिए। जांच से यह स्पष्ट है कि अनुप्रस्थ मोड की अस्थिरता का मुख्य कारण फाइबर का तापन है, और फोटॉन डार्कनिंग प्रभाव का तात्पर्य यह है कि जब फाइबर लेजर लगातार सैकड़ों वाट या कई किलोवाट शक्ति का उत्पादन करता है, तो उत्पादन शक्ति में तेजी से गिरावट आती है, और फाइबर लेजर के निरंतर उच्च शक्ति उत्पादन पर एक निश्चित सीमा होती है।

हालांकि फोटॉन डार्कनिंग प्रभाव के विशिष्ट कारणों को अभी तक स्पष्ट रूप से परिभाषित नहीं किया गया है, लेकिन अधिकांश लोगों का मानना ​​है कि ऑक्सीजन दोष केंद्र और आवेश स्थानांतरण अवशोषण फोटॉन डार्कनिंग प्रभाव के घटित होने का कारण बन सकते हैं। इन दो कारकों के आधार पर, फोटॉन डार्कनिंग प्रभाव को रोकने के लिए निम्नलिखित तरीके प्रस्तावित किए गए हैं। जैसे कि एल्युमीनियम, फास्फोरस आदि का उपयोग आवेश स्थानांतरण अवशोषण को रोकने के लिए किया जाता है, और फिर अनुकूलित सक्रिय फाइबर का परीक्षण और उपयोग किया जाता है। विशिष्ट मानक यह है कि यह कई घंटों तक 3 किलोवाट बिजली उत्पादन बनाए रखे और 100 घंटों तक 1 किलोवाट बिजली का स्थिर उत्पादन बनाए रखे।