Ytterbium freumhag leusair: an uidheam, an obrachaidh prionnsabal, cumhachd, riochdachadh, a 'cleachdadh

Fiber leusairean teann is maireannach, neo-mhearachdach, agus furasta a sgap brosnaichte teas. Tha iad a 'tighinn ann an diofar seòrsa agus a' toirt tòrr a dhèanamh le leusairean de sheòrsa eile a tha gun choimeas fhèin buannachdan.

Fiber leusairean: obrachadh

Dh'innealan seòrsa seo a tha an ìre atharrachadh air a 'chruaidh-stàite thobar ciallach rèididheachd bhon freumhag, an àite a bhith ag obair slat-lionn, truinnsear no diosg. Tha an solas air a chruthachadh leis an dopant ann am meadhan cuibhrionn an freumhag. Tha an structar bunaiteach a dh'fhaodas bho sìmplidh gu math iom-fhillte. Ytterbium freumhag leusair uidheam leithid bheil an snàithleach Tha mòr uachdar leabhar co-mheas, mar sin, an teas Faodar diffused an ìre mhath furasta.

Fiber leusairean a tha a phumpadh optically, gu tric le taic diode leusairean, ach ann an cuid de shuidheachaidhean - an aon stòran. Optics a chleachdadh ann an siostaman seo as trice a tha a 'riochdachadh optic phàirtean, anns a' chuid mhòr no a h-uile dhiubh a tha co-cheangailte ri chèile. Ann an cuid de chùisean, a 'mhòr-chuid optics, agus uaireannan a-staigh Optical freumhag siostam còmhla ri an taobh a-muigh mhòr-chuid optics.

A diode pumpa an tùs dh'fhaodadh a bhith diode ordugh, no iomadalachd fa leth diodes, gach aon a tha ceangailte ris an ceanglaiche an fibre optic waveguide. Doped freumhag aig gach ceann tha sgàthan toll-fhuaimnear - ann an cleachdadh a 'dèanamh an snàithleach Bragg grating. Aig a 'mhòr-chuid de na cinn optics tha, mura h-eil ach an toradh sail' dol rudeigin eile seach freumhag. Tha an solas-iùil Faodar lùbadh mar sin ma thogras an leusair toll dòcha gu bheil fad grunn mheatairean.

binuclear

Structair stuthan a chleachdadh ann an snàithleach leusairean, tha e cudromach. As cumanta a tha an geoimeatraidh de dà-structair bunaiteach. Undoped-muigh prìomh (uaireannan air ainmeachadh mar an intima) phumpadh a 'cruinneachadh agus a' stiùireadh e solas ri taobh na freumhag. A bhrosnachadh rèididheachd a ghineadh ann an freumhag a 'dol tro na prìomh-staigh, a tha gu tric an aon mhodh. Tha prìomh-staigh anns an cur-ytterbium, a bhrosnachadh le bhith a 'phumpa solas. Tha iomadh seòrsa de noncircular-muigh prìomh gabhail a-steach - sia-taobhach, D cumadh ceart-cheàrnach agus, a 'lùghdachadh an coltachd a' ag ionndrainn an t-solas-sail ann am meadhan cridhe.

Tha freumhag leusair dh'fhaodas a bhith aig an deireadh no taobh a 'spùtadh. Anns a 'chiad chùis solas bho aon no barrachd de thùsan a' dol air freumhag deireadh. Nuair a bha an taobh a 'spùtadh solas ga thoirt gu splitter a bhios a' biathadh a-steach e an-muigh cridhe. Tha seo diofraichte bho leusair slat far a bheil an solas a 'dol ceart-cheàrnach ris an axis.

Airson a leithid co-dhùnadh a 'cur feum air tòrr de na leasachaidhean structarach. Deagh aire a phàigheadh gu geàrr-chunntas air a 'phumpa solas a-steach na prìomh thoirt gu buil tionndadh àireamh-sluaigh, a' dol a bhrosnachadh ann an sgaoilidhean an taobh a-staigh cridhe. leusair prìomh dh'fhaodadh a bhith aig caochladh ìrean de leudachadh anns na freumhag a rèir an mealltachd dhrogaichean, a thuilleadh air a dh'fhaid. Tha na nithean sin air an cur mar innleadair air dealbhadh airson na crìochan a dhìth.

Cumhachd crìoch a dh'fhaodadh tachairt, gu sònraichte nuair a tha ag obair taobh a-staigh aon modh-freumhag. A leithid prìomh Tha glè bheag thar-roinneil sgìre, agus mar thoradh air dol seachad therethrough solas fìor àrd dian. Nuair a tha seo air a bhith a 'fàs nas miosa neo-shreathach Brillouin sgapte, tha a' cuingealachadh cumhachd a chur a-mach grunn mhìltean de uat. Ma tha an toradh a tha àrd gu leòr, an snàithleach deireadh dh'fhaodadh a bhith air a mhilleadh.

Gu h-àraidh freumhag leusairean

Tha cleachdadh na freumhag ag obair mar lionn a 'toirt barrachd eadar-obrachadh fad, a tha ag obair math an uair a diode spùtadh. Tha seo a 'geoimeatraidh toraidhean àrd ann an iompachadh èifeachdas photons, a thuilleadh earbsach agus cùmhnant togail, ann nach eil air leth optics, ag iarraidh adjustment no co-thaobhadh.

A freumhag leusair, a tha a 'leigeil le uidheam e atharrachadh gu math, a ghabhas atharrachadh airson tàthadh thiugh meatailt duilleagan agus a thoirt gu buil femtosecond bhuillean. Fibre-optic amplifiers a thoirt seachad aon-bhealaich buannachd agus air an cleachdadh ann an tele-chonaltradh, oir faodaidh iad neartaichidh thuinnean mòran aig an aon àm. Tha an aon buannachd a chleachdadh ann an cumhachd amplifiers le mhaighstir oscillator. Ann an cuid de chùisean, amplifier Faodar obrachadh le leantainneach tonn leusair.

Tha eisimpleir eile ann thobar gun ullachadh sgaoilidhean bho snàithleach-ath-neartachadh, anns a bheil a bhrosnachadh sgaoilidh a tha a mhùchadh. 'S e eisimpleir eile Raman freumhag leusair còmhla ri barrachd dispersion, mòr Shear wavelength. Tha e air a lorg iarrtas ann an rannsachadh, far a bheil measgachadh de ghinealach agus leudachadh air cleachdadh a fluoride glainne seach an ìre silica stuthan.

Ach, san fharsaingeachd, stuthan air an dèanamh de silica glainne le tearc dopant-talmhainn ann an cridhe. Tha cur-ris a tha bunaiteach ytterbium agus erbium. Ytterbium Tha thuinnean bho 1030 gu 1080 NM, agus faodaidh-mach thairis air raon farsaing. Tha cleachdadh na 940-NM diode pumpa mòr gearradh sìos air an easbhaidh de photons. Ytterbium eil fèin-quenching buaidhean, a tha aig neodymium aig àrd dlùths, mar sin, mu dheireadh a chleachdadh ann an 'mhòr-chuid leusairean agus ytterbium - ann an snàithleach (an dithis aca a thoirt seachad mun aon wavelength).

Erbium emits ann an raon 1530-1620 NM, sàbhailte airson an sùilean. Tha tricead Faodar dùblachadh a ghineadh solas aig 780 mìltean, nach eil ri fhaotainn airson seòrsachan eile de fibre leusairean. Mu dheireadh, ytterbium Faodar cur ris erbium mar sin bidh an eileamaid ghabhail a-steach a 'phumpa rèididheachd agus a ghluaiseas lùth seo a erbium. Thulium - dopant eile gus sgaoilidhean ann an sgìre faisg air fo-dhearg, a tha mar so a tha sàbhailte airson na sùla dealbhan.

àrd-èifeachdais

Tha freumhag leusair a tha quasi-siostam trì-ìre. a 'phumpa photons excite an gluasad bhon talamh staid gu h-àrd filleadh. Laser eadar-ghluasad bhon ìre as ìsle cuibhrionn de na h-àrd-ìre aig aon de na stàitean a bhleith sgaradh. 'S e seo fìor èifeachdach: mar eisimpleir, ytterbium-NM 940 photon pumpa emits a photon le wavelength de 1030 NM, agus eòlaichean ghaoid (lùth call), ach mu 9%.

Ann an coimeas, neodymium, phumpadh aig 808 mìltean a 'call mu 24% de lùth. Mar sin, tha dualach ytterbium àrd èifeachdas, ged nach eil a h-uile a tha e a ghabhas a choileanadh air sgàth call an cuid de na photons. Yb Faodar phumpadh ann an grunn tricead còmhlain, agus erbium - wavelength de 980 1480 no NM. Tha tricead àrd-ìre nach eil cho èifeachdach a thaobh ghaoid photons, ach feumail, fiù 's anns a' chùis seo, oir aig 980 mìltean mara, as fheàrr stòran ri fhaotainn.

Uile gu lèir èifeachdas na freumhag leusair mar thoradh air dà-cheum phròiseas. Sa chiad àite, tha e air èifeachdas an t-pumpaidh diode. Semiconductor stòran ciallach rèididheachd a tha glè èifeachdach, le 50% èifeachdas atharrachadh dealain chomharran a-steach an Optical. Tha toraidhean na deuchainn-lann Eòlais mholadh gu bheil e comasach a ruighinn luach 70%, no barrachd. Le dearbh gèam toradh rèididheachd chiad sreath loidhne freumhag Tha an leusair a choileanadh agus àrd spùtadh èifeachdais.

San dara àite, seo Optical-Optical iompachadh èifeachdais. Nuair beag ghaoid photons urrainn coileanadh ìre àrd de excitation agus a tharraing èifeachdas Optical-Optical iompachadh èifeachdas 60-70%. Tha an èifeachdas a tha anns an raon 25-35%.

diofar dhealbhadh

Fiber eòlaichean leantainneach tonn gineadairean dòcha gum bi aon no multimode (transverse modhan). Singlemode a dhèanamh air càileachd àrd sail airson stuthan, ag obair no a 'cur sail tro an àile, agus multimode gnìomhachais freumhag leusairean a' cruthachadh tuilleadh cumhachd. Thathar ga chleachdadh airson buain agus tàthadh, agus gu sònraichte, airson teas a leigheas, far a bheil an sgìre mhòr air a soilleireachadh.

Tha fada freumhag leusair tha mòr quasi-leantainneach uidheam mar as trice millisecond bhuillean cumhachd seòrsa. Mar as trice tha e na dhleastanas cuairt 10%. Tha seo a 'dol gu mullach nas àirde na an cumhachd leantainneach modh (mar as trice deich tursan) a tha air a chleachdadh, mar eisimpleir, airson pulsed drileadh. Tha tricead dòcha gum bi 500 Hz, a rèir na h-ùine.

Q-dealain ann an snàithleach leusairean cuideachd ag obair mar anns a 'mhòr-chuid. A àbhaisteach Pulse rè teirm a tha ann an raon de nanoseconds gu microseconds. Tha nas fhaide na freumhag, na b 'fhaide a bheir e airson Q-suidseadh an toradh rèididheachd, a' leantainn nas fhaide cuisle.

Fiber lotaichean beagan bacadh air an Q atharrachaidh. Tha nonlinearity an snàithleach leusair tha barrachd mòr air sgàth cho beag tar-roinneil ann an sgìre an cridhe, mar sin, gu bheil a 'bheinn Bu chòir cumhachd a bhith car cuingealaichte. Faodaidh tu cleachdadh na thogras Q leabhar suidsichean, a tha a 'toirt seachad àrd-ìre coileanaidh, no optic modulators, a tha co-cheangailte ri cinn na pàirt gnìomhach.

Q-chur bhuillean Faodar nochdte ann an freumhag no ann an toll-fhuaimnear. Tha eisimpleir den sin a gheibhear ann an Nàiseanta Complex atharrais niuclasach deuchainnean (NIF, Livermore, CA), far a bheil an snàithleach leusair 'S e maighstir oscillator airson 192 shailean. Tarsainn buillean sa leacan mòra glainne doped stèidh nas daingne gu megajoules.

Ann an snàithleach leusairean le synchronization ath-aithris tricead an crochadh air fad a 'daingneachadh an stuth, mar ann an dòighean eile synchronization chuairtean agus Pulse fhad' crochadh air an comas gus cur throughput. Tha giorra a tha anns an raon de 50 FS, agus a 'chuid as motha àbhaisteach - ann an raon de 100 FS.

Eadar ytterbium agus erbium freumhag, tha eadar-dhealachadh cudromach, leis am bheil iad ag obrachadh ann an diofar modhan dispersion. Erbium-doped freumhag emitting aig 1550 NM ann an sgìre dispersion neo-chunbhalach. Seo a 'leigeil solitons. Itterbievye stuthan a tha ann an deagh no àbhaisteach dispersion; mar thoradh air sin, tha iad a ghineadh le bhuillean sreathach tricead atharrachaidh pronounced. Mar thoradh air Bragg grating e gur dòcha gu feum compress na cuisle dh'fhaid.

Tha grunn dhòighean gus atharrachadh an snàithleach-leusair bhuillean, gu sònraichte airson picosecond ultrafast sgrùdaidhean. Photonic criostal stuthan Faodar an dèanamh le glè bheag eitein airson làidir nonlinear buaidhean, a leithid supercontinuum ginealach. Ann an coimeas, an photonic criostalan Faodar cuideachd a 'dèanamh le glè mhòr aon-mhodh bunaiteach gus buaidhean a sheachnadh nonlinear aig àrd cumhachdan.

Sùbailte photonic criostal fibre le mòr prìomh chruthachadh airson iarrtasan a dh'fheumas àrd cumhachd. Aon de na dòighean a tha a dh'aona ghnothach tarraing na freumhag a thoirt air falbh sam bith nach eilear ag iarraidh ìre nas àirde na modhan fhad 'sa bha a' cumail suas bunaiteach transverse modh. Tha neo-linearity cruthachadh harmonics; agus le bhith a 'toirt air falbh air an tricead de pasgadh, faodaidh sibh a chruthachadh nas giorra agus nas fhaide thuinnean. Nonlinear bhuaidh cuideachd a 'dèanamh Pulse dlùthadh, a tha a' dol gu coltas tricead cìrean.

Tha supercontinuum an tùs mar glè ghoirid buillean a dhèanamh leantainneach tro speactram ìre atharrachaidh. Mar eisimpleir, bhon a 'chiad 6 PS bhuillean aig NM 1050, a tha a' cruthachadh na ytterbium freumhag leusair speactram fhaighinn ann an raon bho ultraviolet gu còrr is 1600 NM. Another thobar IR-phumpadh erbium-supercontinuum an tùs aig wavelength de 1550 NM.

Àrd-cumhachd

Gnìomhachas tha an-dràsta an luchd-cleachdaidh as motha de fibre leusairean. Ann an àrd-iarrtas ceart a-nis a 'còrdadh cumhachd an òrdugh kilowatts a chleachdadh ann an carbadan-gnìomhachas. Tha na carbadan-gnìomhachas a 'gluasad a dh'ionnsaigh a' dèanamh àrd-neart stàilinn càraichean gus coinneachadh ri riatanasan fàgail agus tha iad an ìre mhath furasta a barrachd connaidh eaconamaidh. Gnàthach inneal-innealan a tha gu math doirbh, mar eisimpleir, ann an tuill fhòn-seòrsa seo de stàilinn agus na stòran chiallach a rèididheachd a dhèanamh furasta.

A 'buain meatailt freumhag leusair, an coimeas ri seòrsachan eile de eòlaichean generator Tha grunn bhuannachdan an seo. Mar eisimpleir, faisg air-ghabhail a-steach fo-dhearg waveband math meatailtean. Beam Faodar an lìbhrigeadh tro freumhag, a tha a 'leigeil leis an inneal-fuadain a' gluasad gu furasta fòcas nuair a ghearradh agus drileadh.

Optical freumhag riarachadh as àirde riatanasan airson cumhachd. Armachd US Navy, deuchainn a dhèanamh ann an 2014, air a dhèanamh suas de 6-snàithleach-kilowatt 5.5 leusairean còmhla ann an aon sail mach agus tro bhith a 'cruthachadh siostam Optical. 33 KW-aonad chaidh a chleachdadh gus a 'chùis an unmanned bhon adhar carbad. Ged a tha an sail Chan e aon-mhodh, an siostam a tha inntinneach, mar a tha e a 'leigeil a chruthachadh freumhag leusair le an làmhan a-mach à coitcheann, ri fhaotainn gu furasta tàthchuid.

Tha an cumhachd as àirde aon modh-chiallach solas stòran IPG Photonics 10 KW. Am maighstir oscillator a 'dèanamh Watt à Optical cumhachd, a tha air a sholar don amplifier ìre phumpadh aig 1018 NM le solas snàithleach eile leusairean. Tha an siostam gu lèir a tha meud dà reothadairean.

Tha cleachdadh na freumhag leusairean a tha cuideachd a 'leudachadh dhan àrd-cumhachd gearradh agus tàthaidh. Mar eisimpleir, ghabh iad àite tàthaidh comhaireachd stàilinn duilleag fuasgladh air an trioblaid de deformation de na stuthan. Cumhachd smachd agus crìochan eile a 'toirt cothrom gu math mionaideach buain lùban, gu h-àraidh na h-oiseanan.

Tha a 'mhòr-chuid cumhachdach multimode freumhag leusair - meatailtean airson gearradh bhon aon Dèanadair - suas ri 100 KW. Tha an siostam stèidhichte air measgachadh de cho-chòrdadh sail, mar sin, chan eil e super àrd-inbhe a sail. Tha seo a 'cur an aghaidh a' dèanamh freumhag leusairean tarraingeach airson gnìomhachas.

concrait drileadh

Multimode freumhag leusair toradh de 4 KW faodar a cleachdadh airson gearradh agus concrait drileadh. Carson a tha e? Nuair a innleadairean a 'feuchainn ri choileanadh seismic aghaidh na togalaichean a th' ann, a bhith gu math faiceallach le concrait. Nuair a chur ann, mar stàilinn daingneachadh gnàthach percussion drileadh dh'fhaodadh lochdan agus a 'lagachadh an concrait, ach freumhag leusairean a ghearradh gun pronnadh e.

Leusairean le Q-freumhag a chur air a chleachdadh mar eisimpleir airson bhileagan no ann an dèanamh semiconductor eleactronaig. Tha iad cuideachd air a chleachdadh ann an raon finders: modalan a tha meud a tha làmh-shùil sàbhailte freumhag leusairean aig an robh toradh 4 KW, an tricead de 50 kHz agus Pulse fhad 'ns 5-15.

uachdar leigheas

Tha ùidh mhòr ann an beag freumhag leusairean airson meanbh agus nanoprocessing. Nuair a toirt air falbh air an uachdar còmhdach, ma tha an Pulse rè teirm a tha nas giorra na 35 PS, cha bàrra stuth. Tha seo a 'cur bacadh air cruthachadh dimples agus rudan eile mì-chàilear. Tha buillean sa femtosecond rèim a dhèanamh nonlinear buaidhean nach eil mothachail air an wavelength agus an sgìre mun cuairt Chan eil e air a theasachadh, a 'toirt cothrom a bhith ag obair gun susbainteach a mhilleadh no lagachadh de na sgìrean mun cuairt. A thuilleadh air sin, faodar tuill a ghearradh le àrd doimhneachd a leud - mar eisimpleir, gu luath (taobh a-staigh beagan milliseconds) Small tuill de 1 mm a 'cleachdadh stàilinn 800 FS-bhuillean le tricead de 1 MHz.

Tha e comasach cuideachd a 'dèanamh uachdar-làimhseachadh follaiseach stuthan, me, shùil mhic an duine. A ghearradh ùpraid aig a shùil microsurgery, femtosecond bhuillean vysokoaperturnym teann lionsa fòcas aig a 'phuing gu h-ìosal uachdar na shùil gun a bhith ag adhbhrachadh milleadh sam bith air an uachdar, ach an t-sùil le sgrios stuth air smachd a chumail air doimhneachd. Tha an rèidh uachdar na cornea, a tha riatanach airson lèirsinn fhathast iomlan. Tha cleitearnach air a sgaradh bhon a 'bhonn, faodaidh an uair sin a bhith air an tarraing suas gu uachdair excimer leusair dèanamh lionsa. Slàinte eile a gabhail a-steach iarrtasan-lann tana drùidhteach ann chraicinn, a thuilleadh air cleachdadh na seòrsachan àraid de Optical co-leanailteachd tomography.

femtosecond leusairean

Femtosecond leusairean ann an saidheans a chleachdadh gus excite an leusair briseadh sìos spectroscopy, fluorescence spectroscopy le TEMPORAL rùn, agus cuideachd airson coitcheann stuthan rannsachaidh. A thuilleadh air sin, tha iad a dhìth airson a 'dèanamh femtosecond tricead cìr a dhìth ann metrology coitcheann agus sgrùdaidhean. Aon de na fìor iarrtasan ann an ùine ghoirid bidh atamach gleocaichean an GPS saidealan ginealach ùr, a bhios a 'meudachadh an suidheachadh ceart.

Singilte tricead freumhag Tha an leusair a 'cluich le spectral linewidth nas lugha na 1 kHz. Drùidhteach seo leis an inneal bheag rèididheachd toradh cumhachd bho 10 MW a 1W. Lorgan-iarrtais ann an achadh conaltradh, metrology (me, ann an snàithleach gyroscopes) agus spectroscopy.

Dè a-nis?

Mar iarrtasan airson rannsachadh eile, tha e fhathast tòrr dhiubh air an sgrùdadh. Mar eisimpleir, armailteach innleadaireachd, a dh'fhaodar a chur an gnìomh ann an sgìrean eile, a tha air a dhèanamh suas ann an cothlamadh a snàithleach-leusair shailean fhaighinn àrd-sail a 'cleachdadh an ciallach no spectral measgachadh. Mar thoradh air, barrachd cumhachd ga choileanadh ann an aon modh-sail.

Riochdachadh freumhag leusairean a 'fàs gu luath, gu h-àraid airson na carbadan-feumalachdan gnìomhachais. Cuideachd, tha àite neo-fibrous snàithleach-innealan. A bharrachd air coitcheann leasachaidhean ann an cosg is coileanadh, tha barrachd practaigeach femtosecond leusairean agus supercontinuum stòran. Fiber leusairean a 'fuireach tuilleadh cùlaistean agus a bhith na thobar de leasachadh airson seòrsachan eile de leusairean.