ファイバーレーザーポンプ光源の主流の方向性と今後の動向を分析！

ファイバーレーザーのコアコンポーネントとしてのポンプ光源（ポンプ光源と呼ばれる）は、間違いなく、レーザーの機能と性能において決定的かつ決定的な役割を果たします。 レーザーまたは非レーザーの専門家および技術者に不慣れな多くの人々は、ポンプ装置について深く理解していないため、この装置についてさらに質問があります。 今日人気のある科学ポンプに関するいくつかの関連知識。

1μmファイバーレーザーの現在のポンプ光源は何ですか？

1962年、HWEtzelらは、最も一般的な1μm波長（1.064μm/1.080μm）ファイバーレーザーである最初のイッテルビウムイオン（Yb3 +）ファイバーレーザーの開発に成功しました。2004年、サザンプトン大学のJeong etal。は975nmLDダブルを使用しました。コア径43μmのエンドポンプ式ダブルクラッドイッテルビウムドープファイバは、1.01 kW 1090 nmのレーザー出力を生成し、世界初のキロワットレベルのファイバーレーザー出力を実現しました。それ以来、1μmバンドのレーザーを実現するために915nmと975nmのポンプYbが主なポンプレーザーの選択肢になりました。

図1は、Yb3 +イオンの吸収断面積と放射断面積を示しています。室温では、850nmと1050nm、915nmと976nmの間にそれぞれ2つの吸収ピークがあります。 976nmの吸収ピークは比較的高いが非常に狭く、その吸収スペクトル幅は約10nmです。915nmの吸収ピークは比較的低く広いのに対し、吸収ピークの高さは976nmのピークの約3分の1ですが、吸収スペクトル幅は約50nmで、976nmでの吸収スペクトル幅の約5倍です。発光スペクトルにも900nmと1200nmの間に、それぞれ976nmと1030nmの2つのピークがあります。 976nmの放射ピークは比較的高く、放射スペクトルは約10nm幅であり、これは3レベルの遷移によって引き起こされます。1030nmのピークは低くなりますが、放射スペクトルは50nmより広くなります。これは準4によって引き起こされます。 -レベル遷移。



図1：Ybファイバーの吸収断面積（実線）と発光断面積（破線）

上記の図と分析によると、LDレーザーの実際の開発と組み合わせて、基本的に1um帯域のYb3 +イオンレーザーは、基本的に915nmと975nmのLDレーザーをポンプ光源として使用します。

なぜ初期には915nmのポンプ源が使用されていたのに、現在は976nmのポンプ源が基本的に使用されているのでしょうか。

従来のLD出力波長は温度変化に伴ってドリフトし、温度ドリフト係数は約0.31nm /℃です。図1によると、温度がアクティブファイバーのポンプ吸収ピークに影響を与え、レーザーの効率が低下するだけでなく、吸収されなかったポンプ光が光路内の他のコンポーネントに損傷を与えることがわかります。 915nmでの吸収スペクトル幅は約50nmで、温度はポンプ吸収にほとんど影響を与えませんが、温度ドリフトは976 nmに大きな影響を与えます。初期のレーザーの温度制御が不正確であるため、ほとんどのファイバーレーザーは前世紀は915nmポンプソースを使用しています。

ファイバーはポンプ光を吸収して直接発光します。このポンピング技術はダイレクトポンピングと呼ばれ、9XX nmの波長がアクティブファイバーを通過して、1064 nm、1070 nm、1080nmなどの波長のレーザー光を出力します。この種のポンピング技術は、科学研究用レーザーや産業用従来型レーザーに広く使用されています。ただし、このタイプのポンプ技術には特定の量子欠陥効果があり、損失のあるポンプは直接熱を発生し、レーザーの信頼性と出力に影響を与えます。



この式では、はそれぞれポンプ光と出力レーザーの波長です。イテルビウムイオンが975nmのポンプ光を吸収して1070nmのレーザーを放出する場合、電子遷移の量子欠陥率は約9％であり、915nmのポンプ光は1070nmを放出します。電子遷移の量子欠陥率は約14％です。 976nmポンプのエネルギー利用率が大幅に向上していることがわかります。工業製品の生産の観点から、それはコスト削減です。





第二に、高輝度ポンプ源と水冷ユニットの開発により、高出力レーザーは基本的に水冷熱放散を使用します。これは温度制御がより正確であり、LDポンプ源の波長ドリフトを防ぎ、確実にすることができます。レーザーのポンプ吸収効率。現在、高出力ファイバーレーザーは基本的に976nmのポンプ光源を使用しており、レーザー効率を向上させながらコストを効果的に削減できます。表1は、2つのポンプソースを比較しています。安定した温度制御に基づいて、976nmポンプソースの方が有利であることは明らかです。



表1：915nmポンプと976nmポンプの比較

976nmは完全に新しい技術をポンピングしていますか？

976nmポンピングは新しいテクノロジーではありません。 1960年代と1970年代には、915nmと976nmの両方のLDポンプ光源がレーザーポンプ光源として使用されていました。2004年までに、976nmポンプ光源を使用してキロワットレベルのレーザー出力を実現できるようになり、技術は非常に成熟しました。ほとんどの国内産業用レーザーメーカーは、2012年頃に主なポンピング方法として976nmLDを使用し始めました。これまで、この技術は従来の技術として、特にレーザーに特別な要件を持つ科学研究ユーザーのために使用されてきました。現在市販されている数百ワットまたは数千ワットのロック波長LDは、0.01nm /℃以内の温度ドリフト係数を制御できます。976nmなどの波長ポンピングは、高出力レーザーに衝撃を与えるための不可欠なデバイスになっています。同時に、LDの出力ファイバの開口数も、以前の0.22から現在の0.15、さらには0.13まで継続的に最適化されます。これにより、ビームコンバイナがより高いパワーのポンプ光を効果的に受け取るための好ましい条件が作成されます。レーザー出力をさらに上げることができます。

他に選択できるポンプ光源または技術はありますか？

ポンピング方法の変更（初期の純粋なフォワードポンピングがリバースポンピング、フォワードとリバースポンピングを同時に開発、915nmと976nmの2波長混合ポンピング、サイドポンピングなど）に加えて、ポンプ自体にも技術的な側面があります。進捗状況：ポンプ出力開口値が約0.07の976nmアクティブファイバーを使用して高輝度1018nmレーザーを放射し、次にこの1018nmレーザーをポンプ光として使用して1064nm、1070nm、および1080nmの波長のレーザーを出力します。ベルトポンプは、量子損失による熱の影響を効果的に低減することができます。現在、IPG社はこの技術をよりよく理解しており、実際の工業製品に適用されています。

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