CC BY
33ВКВО-2019- Волоконные лазеры и усилители
ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ
МОЩНЫХ ОПТОВОЛОКОННЫХ ЛАЗЕРОВ
*
Колегов А.А. , Кулаков Д.В., Галеев А.В., Исаев А.В.
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина», г. Снежинск * E-mail: albatrosing@yandex.ru
DOI 10.24411/2308-6920-2019-16126
Лазеры стремительно вошли в нашу жизнь с момента их изобретения и стали использоваться во многих направлениях, среди которых промышленность (обработка металла и других материалов, аддитивные технологии, высокоточные технологии), дальнометрия, системы 3d-видения, медицина и многие другие. Благодаря развитию оптоволоконных технологий волоконные лазеры стали повсеместно заменять традиционные газовые и твердотельные лазеры, чему способствовали следующие преимущества: компактность, высокий КПД, устойчивость к механическим воздействиям, надежность и отсутствие необходимости в юстировке и обслуживании. Настоящая работа посвящена проблемным вопросам разработки мощных волоконных лазеров.
Наращивание выходной мощности излучения волоконного лазера в основном ограничено такими физическими факторами как оптический пробой и нелинейные эффекты (вынужденное комбинационное рассеяние в случае широкополосного излучения и вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна в случае узкополосного излучения) [1]. Пороги проявления этих факторов увеличиваются с ростом диаметра сердцевины волокна, по которому распространяется излучение [1]. Увеличение сердцевины волокна влечет за собой ухудшение качества излучения, которое часто характеризуют параметром М2. Наиболее лучшее сочетание диаметра сердцевины волокна и его числовой апертуры, обеспечивающее параметр М2 < 1.2 (можно считать близким к дифракционному), и выходную мощность 2-3 кВт - 20 мкм с числовой апертурой NA=0,06 и 25 мкм числовой апертурой NA=0,045 [2]. Дальнейшее уменьшение числовой апертуры приводит к нарушению полного внутреннего отражения и выходу излучения из сердцевины, а увеличение диаметра - к заметному ухудшению качества излучения.
Принципиальная схема разработанного в РФЯЦ-ВНИИТФ одномодового волоконного лазера мощностью 2 кВт представлена на рис. 1.
□-
Задающий
генератор ~
Усилитель
а
Доставка излучения
Разъем
QBH
Н=1
Рис. 1. Принципиальная схема мощного волоконного лазера
Разработанный лазер генерирует излучение мощностью 2 кВт с длиной волны 1080 нм, шириной спектра 3 нм и может использоваться для обработки материалов и в аддитивных технологиях. В лазере используется волокно с диаметром сердцевины 20 мкм и числовой апертурой ЫД=0,06, что обеспечивает высокое качество излучения.
Особое внимание при изготовлении мощного волоконного лазера необходимо уделять его оптоволоконным компонентам, которые должны вносить потери не более единиц процентов и иметь достаточный теплоотвод. В противном случае потери излучения на компонентах могут привести к их выходу из строя и других компонентов оптического тракта лазера.
Литература
1. Dawson J,, et al, Opt. Express. 16, 13240-13266 (2008)
2. Khirov V., et al, Proc. ofSPIE 8961, 89610V(2014)
№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru
251
