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光纤激光切割机的激光器稳定性提升方法

来源:www.laser08.com 时间:2022-08-15 点击:924
激光切割是一个比较复杂的工艺,光纤激光切割机也是一种功能非常强大的切割设备。光纤激光器本身的输出特性也有所不同,例如:功率、光谱等因素对激光器来说是不同的,这些因素对切割的影响很小。同时,切割还包括切割头、喷嘴、板材等,扩展变量很多,很难说两台激光器的切割效果是一样的。但是现在我们都在努力提高激光器的整体稳定性,切割过程的稳定性得到了提高,并且考虑到了几个变量,它可以带来相对平滑的切割效果。
光纤激光器的英文名称是光纤激光器,是指使用掺杂稀土金属的光纤作为放大剂的激光器。其中,掺镱光纤是大功率掺镱光纤激光器的关键要素之一,但随着光纤激光器输出功率的增大,TMI(横模不稳定性)、拉曼激发分散。 (SRS) 和对表面的热损伤。
光纤激光器主要由三部分组成:泵浦源、增益介质(有源光纤)和谐振器。
谐振腔结构光纤激光器的原理:通过前后合束器,将LD半导体泵浦的激光功率通过光纤晶格中心(高发射HR晶格,低OC反射)传输。当 YDF 中的稀土离子吸收泵浦光时,形成粒子数的反转分布并自发产生发射光,然后受激发射光被光纤晶格 (HR-OC) 放大,形成一个激光。光并通过 OC 和 QBH 光输出电缆出射。
放大器结构光纤激光器原理:与腔体类似,不同之处在于种子激光器相比前一阶段降低了支持器件功率的系统要求。另一方面,可以取得更大的效果。
交叉模不稳定性是指当高功率光纤激光器在输出功率增加或超过一定时间达到一定阈值时,从基模的稳定输出模式突然转变为高阶跃迁模式,导致光束变得不稳定。 . .质量下降,限制了光纤激光器输出功率的增长。被称为“最快的刀、最锋利的尺子和最锋利的光”的激光在紧急情况下并不名副其实。
发生状态不稳定后,基态和高阶态之间的力永久耦合,整体效应保持不变。
如果有折叠模式滤波等机制,基模损耗小,高阶模式折叠损耗大,导致高阶模式滤波绿线,输出端显示为主。时域的空间振动。
与传统的高能激光器不同,空间不稳定性是由热效应和光纤形状共同引起的。因此,影响模态不稳定性的因素不仅与余热有关,而且与纤维的空间特性有关。
影响纤维余热的因素:
光纤掺杂性能的影响(掺杂浓度和掺杂半径)
调光效果 对信号特性的影响(光信号强度、信号强度噪声、初始信号的高纵横比、光信号波长、信号强度调制)
泵浦特性的影响(泵浦功率、泵浦波长、泵浦强度调制)
泵送方式的效果(直接泵送、反向泵送、交叉泵送和双向泵送)
纤维材料的作用
影响纤维状况的因素:
纤芯直径/护套直径、纤芯数值孔径、高阶空间损耗、系统冷却功率、光纤偏振保持特性、信号宽度
去除方法:
消除模态不稳定性的方法基本上是从提高热可控性和模态可控性开始的。
改进的热管理功能:
提高增益饱和度(降低芯包比、修改半导体泵浦源波长、修改泵浦光方向、更高输入功率、带内泵浦、信号波长变化)、减少光纤热源和改进光纤的热光特性纤维。
改善模式的控制特性:改善弯曲损耗(减小弯曲半径、减小纤芯数值孔径、优化光纤螺旋法、减小纤芯直径、延长纤芯长度的信号波)、优化光纤设计,增加信号频谱宽度
受激拉曼散射(也称为 SRS)是一个过程,其中光子与介质相互作用以传输激光通过矩阵,将激光转换为长波长。受激拉曼散射已成为影响光纤激光器功率增强的主要非线性因素之一。
在掺镱光纤中受激的拉曼散射效应主要取决于纤芯直径、光纤长度、掺杂剂浓度和泵浦方法。
1. 心脏直径对性能的影响
当光泵的功率增加到一定值时,光纤激光器中发生受激拉曼散射,激光输出功率开始下降。在直接泵浦中,当光纤长度恒定(L = 15 m)时,纤芯直径增加,SRS 功率阈值显着提高。为了减少受激拉曼扩散效应,可以使用具有大直径纤芯的光纤。
3、添加剂含量对性能的影响
在直接泵浦的情况下,随着掺杂浓度的增加,SRS泵浦的阈值功率减小,最大激光输出功率减小。在重掺杂光纤中,有效激光与光纤之间的有效距离更大,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.
未来,由于LMA(Large Mode Area,LMA)光纤放大技术、强大泵浦源、高亮度半导体和高功率泵浦弹簧连接技术的发展,我国光纤激光器将继续向更高功率发展。
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