光纤激光器的工作原理

尽管我们许多客户都知道他们需要激光器,但很多人其实并不了解光纤激光器的工作原理!因此,无论您是行业新手,还是希望重温知识或了解光纤激光器工作原理的新信息,都可以阅读本文!

光纤激光器是什么?

光纤激光器采用的激活媒质是一种掺杂稀有元素的光纤;通常为铒、镱、钕、铥、镨、钬或镝。您无需过多关注使用了哪些稀土元素,只需了解激光器中心使用的光纤。

这与其它两类激光器不同,它们是气体激光器(通常使用氦氖或二氧化碳)和晶体激光器(使用Nd:YAG)。光纤激光器是市场上的新型激光器,很多人认为它是三种类型中优势最突出的产品.

An example of a crystal laser

晶体激光器的一个示例

那么,光纤激光器是如何工作的呢?

如前所述,您激光器中作为中枢介质的光纤掺杂有稀土元素,一般多为铒。这些土元素的原子水平具有极其有用的能级,便于使用更便宜的二极管激光泵浦源,能提供较高的能量输出。

例如,掺杂铒的光纤,可以吸收980nm波长光子的能级衰减到亚稳定的的1550nm。这意味着您能使用980nm的激光泵浦光源,但仍可获得1550nm的优质、高能量、大功率激光束。

铒原子在掺铒光纤中作为激光媒质使用,且所发射的光子保留在光纤核心内。为了创造截留光子的腔体,添加了称为光纤布拉格光栅的物质。

简单来说,布拉格光栅只是一段玻璃,其中有条纹–即折射率改变处。当光穿过一个折射率和另一个折射率间的边界时,小部分光会被折射回来。本质上,布拉格光栅让光纤激光器成为一面镜子。

The internal Bragg Grating acts like a set of mirrors inside the core

内部的布拉格光栅像核心内部的一组镜子

泵浦激光器聚焦到光纤核心周围的隔离层中,因为光纤核心本身太小,无法用低质量的二极管激光器进行聚焦。通过将激光泵入核心周围的隔离层,激光在内部反弹,且每次通过核心,都会有更多的泵浦光被核心所吸收。

为什么这一切让光纤激光器如此有用?

虽然上述可能有点偏科学性,但我们还是希望和您分享光纤激光器工作的优势。光纤激光器为使用者带来的最大优势之一在于它极其稳定。

其它普通激光器对移动非常敏感,如果它们受到撞击或反弹,整个激光校准系统都会受到影响。如果光学器件发生偏差,则需要专家进行校正,才能重新工作。另一方面,光纤激光器在光纤内部产生激光束,因此无需敏感的光学元件即可正常工作。

光纤激光器工作的另一个巨大优势在于其传输的光束质量极其高。正如我们所解释的,由于光束包含在光纤的核心内,因此保持了一束可以被超聚焦的直线光束。光纤激光束的点可以相当小,非常适用于激光切割等应用。

尽管质量较高,但光纤激光束提供的功率水平也较高。光纤激光器的功率持续提高和发展,且我们现在库存的光纤激光器的功率输出超过6kW(#15)。这种较高水平的功率输出让人难以置信,尤其是超级聚集时,它能轻松切断各种厚度的金属。

光纤激光器工作的另一个有用的方面在于尽管它们的强度和功率输出较高,但非常易于冷却,并同时保持高效。

其它许多激光器通常仅将接收到的少量功率转换成激光。而光纤激光器可转换70%-80%的功率,这可以带来两个优势。

光纤激光器通过使用接收的近100%的输入保持效率,但转化为热能的功率较少。任何存在的热能沿着通常较长的光纤长度均匀分布。光纤均匀分布,任何部分都不会因为过热而导致损伤或断裂。

除此之外,您还会发现光纤激光器工作时的振幅噪声较低,还对恶劣的环境具有耐受性,而且维护成本较低。SPI光纤激光器采用我们的“安装即忘记”技术制成,一般无需任何维护。偶尔需要的维护的费用通常比其它激光器低50%左右。

A Fiber laser requires very little maintenance

光纤激光器几乎无需维护

了解更多关于我们光纤激光器的信息

我们希望这篇简短的文章能让您更深入地了解光纤激光器是什么,其工作原理和它为使用者带来的优势。如您希望进一步探讨,请阅读我们的常见问题解答,并在此处和我们联系。

 

图片来源: Jason MillerLen dela Cruz and Clker-Free-Vector-Images