光纖鐳射切割機的鐳射器穩定性提升方法

鐳射切割是一個比較複雜的工藝╃☁•◕╃，光纖鐳射切割機也是一種功能非常強大的切割裝置↟↟。光纖鐳射器本身的輸出特性也有所不同╃☁•◕╃，例如▩•↟：功率•☁、光譜等因素對鐳射器來說是不同的╃☁•◕╃，這些因素對切割的影響很小↟↟。同時╃☁•◕╃，切割還包括切割頭•☁、噴嘴•☁、板材等╃☁•◕╃，擴充套件變數很多╃☁•◕╃，很難說兩臺鐳射器的切割效果是一樣的↟↟。但是現在我們都在努力提高鐳射器的整體穩定性╃☁•◕╃，切割過程的穩定性得到了提高╃☁•◕╃，並且考慮到了幾個變數╃☁•◕╃，它可以帶來相對平滑的切割效果↟↟。

光纖鐳射器的英文名稱是光纖鐳射器╃☁•◕╃，是指使用摻雜稀土金屬的光纖作為放大劑的鐳射器↟↟。其中╃☁•◕╃，摻鐿光纖是大功率摻鐿光纖鐳射器的關鍵要素之一╃☁•◕╃，但隨著光纖鐳射器輸出功率的增大╃☁•◕╃，TMI（橫模不穩定性）•☁、拉曼激發分散↟↟。 (SRS) 和對錶面的熱損傷↟↟。

光纖鐳射器主要由三部分組成▩•↟：泵浦源•☁、增益介質（有源光纖）和諧振器↟↟。

諧振腔結構光纖鐳射器的原理▩•↟：透過前後合束器╃☁•◕╃，將LD半導體泵浦的鐳射功率透過光纖晶格中心（高發射HR晶格╃☁•◕╃，低OC反射）傳輸↟↟。當 YDF 中的稀土離子吸收泵浦光時╃☁•◕╃，形成粒子數的反轉分佈並自發產生髮射光╃☁•◕╃，然後受激發射光被光纖晶格 (HR-OC) 放大╃☁•◕╃，形成一個鐳射↟↟。光並透過 OC 和 QBH 光輸出電纜出射↟↟。

放大器結構光纖鐳射器原理▩•↟：與腔體類似╃☁•◕╃，不同之處在於種子鐳射器相比前一階段降低了支援器件功率的系統要求↟↟。另一方面╃☁•◕╃，可以取得更大的效果↟↟。

交叉模不穩定性是指當高功率光纖鐳射器在輸出功率增加或超過一定時間達到一定閾值時╃☁•◕╃，從基模的穩定輸出模式突然轉變為高階躍遷模式╃☁•◕╃，導致光束變得不穩定↟↟。 . .質量下降╃☁•◕╃，限制了光纖鐳射器輸出功率的增長↟↟。被稱為“最快的刀•☁、最鋒利的尺子和最鋒利的光”的鐳射在緊急情況下並不名副其實↟↟。

發生狀態不穩定後╃☁•◕╃，基態和高階態之間的力永久耦合╃☁•◕╃，整體效應保持不變↟↟。

如果有摺疊模式濾波等機制╃☁•◕╃，基模損耗小╃☁•◕╃，高階模式摺疊損耗大╃☁•◕╃，導致高階模式濾波綠線╃☁•◕╃，輸出端顯示為主↟↟。時域的空間振動↟↟。

與傳統的高能鐳射器不同╃☁•◕╃，空間不穩定性是由熱效應和光纖形狀共同引起的↟↟。因此╃☁•◕╃，影響模態不穩定性的因素不僅與餘熱有關╃☁•◕╃，而且與纖維的空間特性有關↟↟。

影響纖維餘熱的因素▩•↟：

光纖摻雜效能的影響（摻雜濃度和摻雜半徑）

調光效果 對訊號特性的影響（光訊號強度•☁、訊號強度噪聲•☁、初始訊號的高縱橫比•☁、光訊號波長•☁、訊號強度調製）

泵浦特性的影響（泵浦功率•☁、泵浦波長•☁、泵浦強度調製）

泵送方式的效果（直接泵送•☁、反向泵送•☁、交叉泵送和雙向泵送）

纖維材料的作用

影響纖維狀況的因素▩•↟：

纖芯直徑/護套直徑•☁、纖芯數值孔徑•☁、高階空間損耗•☁、系統冷卻功率•☁、光纖偏振保持特性•☁、訊號寬度

去除方法▩•↟：

消除模態不穩定性的方法基本上是從提高熱可控性和模態可控性開始的↟↟。

改進的熱管理功能▩•↟：

提高增益飽和度（降低芯包比•☁、修改半導體泵浦源波長•☁、修改泵浦光方向•☁、更高輸入功率•☁、帶內泵浦•☁、訊號波長變化）•☁、減少光纖熱源和改進光纖的熱光特性纖維↟↟。

改善模式的控制特性▩•↟：改善彎曲損耗（減小彎曲半徑•☁、減小纖芯數值孔徑•☁、最佳化光纖螺旋法•☁、減小纖芯直徑•☁、延長纖芯長度的訊號波）•☁、最佳化光纖設計╃☁•◕╃，增加訊號頻譜寬度

受激拉曼散射（也稱為 SRS）是一個過程╃☁•◕╃，其中光子與介質相互作用以傳輸鐳射透過矩陣╃☁•◕╃，將鐳射轉換為長波長↟↟。受激拉曼散射已成為影響光纖鐳射器功率增強的主要非線性因素之一↟↟。

在摻鐿光纖中受激的拉曼散射效應主要取決於纖芯直徑•☁、光纖長度•☁、摻雜劑濃度和泵浦方法↟↟。

1. 心臟直徑對效能的影響

當光泵的功率增加到一定值時╃☁•◕╃，光纖鐳射器中發生受激拉曼散射╃☁•◕╃，鐳射輸出功率開始下降↟↟。在直接泵浦中╃☁•◕╃，當光纖長度恆定（L = 15 m）時╃☁•◕╃，纖芯直徑增加╃☁•◕╃，SRS 功率閾值顯著提高↟↟。為了減少受激拉曼擴散效應╃☁•◕╃，可以使用具有大直徑纖芯的光纖↟↟。

3•☁、新增劑含量對效能的影響

在直接泵浦的情況下╃☁•◕╃，隨著摻雜濃度的增加╃☁•◕╃，SRS泵浦的閾值功率減小╃☁•◕╃，最大鐳射輸出功率減小↟↟。在重摻雜光纖中╃☁•◕╃，有效鐳射與光纖之間的有效距離更大╃☁•◕╃，受激拉曼散射的可能性更大↟↟。

In a true high-power double-walled fiber laser, a fiber with a low dopant content can be suitably selected to obtain a higher laser output power.

未來╃☁•◕╃，由於LMA（Large Mode Area╃☁•◕╃，LMA）光纖放大技術•☁、強大泵浦源•☁、高亮度半導體和高功率泵浦彈簧連線技術的發展╃☁•◕╃，我國光纖鐳射器將繼續向更高功率發展↟↟。