اشترك في حساباتنا على مواقع التواصل الاجتماعي لتصلك منشوراتنا فور نشرها.
تعريف الصمام الثنائي الليزري الموصول بالألياف، ومبدأ عمله، وطوله الموجي النموذجي
يُعدّ الصمام الثنائي الليزري الموصول بالألياف جهازًا شبه موصل يُولّد ضوءًا متماسكًا، يُركّز ويُوجّه بدقة ليتم توصيله بكابل ألياف بصرية. ويعتمد مبدأ عمله على استخدام تيار كهربائي لتحفيز الصمام الثنائي، مما يُنتج فوتونات عبر الانبعاث المُحفّز. تُضخّم هذه الفوتونات داخل الصمام الثنائي، مُنتجةً شعاع ليزر. وبفضل التركيز والتوجيه الدقيقين، يُوجّه شعاع الليزر هذا إلى قلب كابل الألياف البصرية، حيث يُنقل بأقل قدر من الفقد عن طريق الانعكاس الداخلي الكلي.
نطاق الطول الموجي
يختلف الطول الموجي النموذجي لوحدة ليزر ثنائي موصولة بالألياف الضوئية اختلافًا كبيرًا تبعًا لتطبيقها المقصود. وبشكل عام، يمكن لهذه الأجهزة تغطية نطاق واسع من الأطوال الموجية، بما في ذلك:
طيف الضوء المرئي:تتراوح أطوال موجاتها من حوالي 400 نانومتر (بنفسجي) إلى 700 نانومتر (أحمر). وتُستخدم هذه الأطوال غالبًا في التطبيقات التي تتطلب ضوءًا مرئيًا للإضاءة أو العرض أو الاستشعار.
الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR):تتراوح أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء القريبة من حوالي 700 نانومتر إلى 2500 نانومتر. وتستخدم هذه الأطوال بشكل شائع في الاتصالات السلكية واللاسلكية والتطبيقات الطبية والعديد من العمليات الصناعية.
الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIR): يمتد إلى ما بعد 2500 نانومتر، على الرغم من أنه أقل شيوعًا في وحدات ليزر الصمام الثنائي القياسية المقترنة بالألياف بسبب التطبيقات المتخصصة ومواد الألياف المطلوبة.
تقدم شركة Lumispot Tech وحدة ليزر ثنائي موصولة بالألياف بأطوال موجية نموذجية تبلغ 525 نانومتر، و790 نانومتر، و792 نانومتر، و808 نانومتر، و878.6 نانومتر، و888 نانومتر، و915 نانومتر، و976 نانومتر لتلبية احتياجات مختلف العملاء.'متطلبات التطبيق.
النموذج أتطبيقs ليزرات موصولة بالألياف بأطوال موجية مختلفة
يستكشف هذا الدليل الدور المحوري لثنائيات الليزر الموصولة بالألياف في تطوير تقنيات مصادر الضخ وأساليب الضخ الضوئي في مختلف أنظمة الليزر. ومن خلال التركيز على أطوال موجية محددة وتطبيقاتها، نسلط الضوء على كيفية إحداث هذه الثنائيات ثورة في أداء وكفاءة كل من ليزرات الألياف وليزر الحالة الصلبة.
استخدام الليزر الموصول بالألياف كمصادر ضخ لليزر الألياف
915 نانومتر و 976 نانومتر ليزر مزدوج موصول بالألياف كمصدر ضخ لليزر الألياف 1064 نانومتر ~ 1080 نانومتر.
بالنسبة لأشعة الليزر الليفية العاملة في نطاق 1064 نانومتر إلى 1080 نانومتر، يمكن استخدام المنتجات التي تستخدم أطوال موجية 915 نانومتر و976 نانومتر كمصادر ضخ فعالة. وتُستخدم هذه المنتجات بشكل أساسي في تطبيقات مثل القطع واللحام بالليزر، والتكسية، والمعالجة بالليزر، والتعليم، وأسلحة الليزر عالية الطاقة. تتضمن هذه العملية، المعروفة بالضخ المباشر، امتصاص الألياف لضوء الضخ وإصداره مباشرةً كخرج ليزر بأطوال موجية مثل 1064 نانومتر، و1070 نانومتر، و1080 نانومتر. تُستخدم تقنية الضخ هذه على نطاق واسع في كل من ليزرات الأبحاث والليزر الصناعي التقليدي.
صمام ليزري مقترن بالألياف مع 940 نانومتر كمصدر ضخ لليزر الألياف 1550 نانومتر
في مجال ليزرات الألياف ذات الطول الموجي 1550 نانومتر، تُستخدم ليزرات الألياف المقترنة ذات الطول الموجي 940 نانومتر بشكل شائع كمصادر ضخ. ويُعد هذا التطبيق ذا قيمة خاصة في مجال تقنية الليدار الليزرية.
تطبيقات خاصة لثنائي الليزر المقترن بالألياف بتردد 790 نانومتر
لا تقتصر وظيفة الليزرات المقترنة بالألياف عند طول موجي 790 نانومتر على كونها مصادر ضخ لليزر الألياف فحسب، بل تُستخدم أيضًا في ليزرات الحالة الصلبة. وتُستخدم بشكل أساسي كمصادر ضخ لليزر الذي يعمل بالقرب من طول موجي 1920 نانومتر، مع تطبيقات رئيسية في التدابير المضادة الكهروضوئية.
التطبيقاتاستخدام الليزر الموصول بالألياف كمصادر ضخ لليزر الحالة الصلبة
بالنسبة لأشعة الليزر ذات الحالة الصلبة التي تُصدر أطوال موجية تتراوح بين 355 نانومتر و532 نانومتر، تُعدّ أشعة الليزر الموصولة بالألياف الضوئية ذات الأطوال الموجية 808 نانومتر، و880 نانومتر، و878.6 نانومتر، و888 نانومتر هي الخيارات المُفضّلة. وتُستخدم هذه الأشعة على نطاق واسع في البحث العلمي وتطوير أشعة الليزر ذات الحالة الصلبة في أطياف البنفسجي والأزرق والأخضر.
التطبيقات المباشرة لأشعة الليزر شبه الموصلة
تشمل تطبيقات ليزر أشباه الموصلات المباشر الإخراج المباشر، وربط العدسات، ودمج لوحات الدوائر، وتكامل الأنظمة. وتُستخدم الليزرات المقترنة بالألياف ذات الأطوال الموجية مثل 450 نانومتر، و525 نانومتر، و650 نانومتر، و790 نانومتر، و808 نانومتر، و915 نانومتر في تطبيقات متنوعة تشمل الإضاءة، وفحص السكك الحديدية، وأنظمة الرؤية الآلية، وأنظمة الأمن.
متطلبات مصدر الضخ لأشعة الليزر الليفية وأشعة الليزر ذات الحالة الصلبة.
لفهم متطلبات مصدر الضخ لأشعة الليزر الليفية وأشعة الليزر الصلبة فهمًا دقيقًا، من الضروري التعمق في تفاصيل كيفية عمل هذه الليزرات ودور مصادر الضخ في أدائها. سنتناول هنا بالتفصيل آليات الضخ، وأنواع مصادر الضخ المستخدمة، وتأثيرها على أداء الليزر. يؤثر اختيار مصادر الضخ وتكوينها بشكل مباشر على كفاءة الليزر، وقدرته الخارجة، وجودة شعاعه. يُعدّ الاقتران الفعال، ومطابقة الطول الموجي، والإدارة الحرارية عوامل حاسمة لتحسين الأداء وإطالة عمر الليزر. تساهم التطورات المستمرة في تكنولوجيا ثنائيات الليزر في تحسين أداء وموثوقية كل من الليزر الليفي وأشعة الليزر الصلبة، مما يجعلها أكثر تنوعًا وفعالية من حيث التكلفة لمجموعة واسعة من التطبيقات.
- متطلبات مصدر ضخ ليزر الألياف
ثنائيات الليزركمصادر للضخ:تستخدم ليزرات الألياف بشكل أساسي ثنائيات الليزر كمصدر ضخ نظرًا لكفاءتها العالية، وحجمها الصغير، وقدرتها على إنتاج طول موجي محدد من الضوء يتوافق مع طيف امتصاص الألياف المُطعّمة. يُعد اختيار الطول الموجي لثنائي الليزر أمرًا بالغ الأهمية؛ فعلى سبيل المثال، يُعد الإيتربيوم (Yb) من المواد الشائعة المُطعّمة في ليزرات الألياف، وله ذروة امتصاص مثالية عند حوالي 976 نانومتر. لذلك، تُفضّل ثنائيات الليزر التي تُصدر ضوءًا عند هذا الطول الموجي أو بالقرب منه لضخ ليزرات الألياف المُطعّمة بالإيتربيوم.
تصميم الألياف المزدوجة الطبقات:لزيادة كفاءة امتصاص الضوء من ثنائيات ليزر الضخ، غالبًا ما تستخدم ليزرات الألياف تصميمًا مزدوج الغلاف. يُطعّم اللب الداخلي بالوسط الليزري النشط (مثل الإيتربيوم)، بينما توجه طبقة الغلاف الخارجية الأكبر حجمًا ضوء الضخ. يمتص اللب ضوء الضخ ويُنتج فعل الليزر، بينما يسمح الغلاف بتفاعل كمية أكبر من ضوء الضخ مع اللب، مما يُحسّن الكفاءة.
مطابقة الطول الموجي وكفاءة الاقترانيتطلب الضخ الفعال ليس فقط اختيار ثنائيات ليزر ذات طول موجي مناسب، بل أيضاً تحسين كفاءة الاقتران بين الثنائيات والألياف. ويشمل ذلك محاذاة دقيقة واستخدام مكونات بصرية مثل العدسات والمقرنات لضمان حقن أقصى قدر من ضوء الضخ في لب الألياف أو غلافها.
-ليزرات الحالة الصلبةمتطلبات مصدر المضخة
الضخ الضوئي:إلى جانب ثنائيات الليزر، يمكن ضخ ليزرات الحالة الصلبة (بما في ذلك ليزرات الكتلة مثل Nd:YAG) ضوئيًا باستخدام مصابيح الوميض أو مصابيح القوس الكهربائي. تُصدر هذه المصابيح طيفًا واسعًا من الضوء، يتوافق جزء منه مع نطاقات امتصاص وسط الليزر. ورغم أن هذه الطريقة أقل كفاءة من ضخ ثنائيات الليزر، إلا أنها توفر طاقات نبضية عالية جدًا، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب قدرة ذروة عالية.
تكوين مصدر المضخة:يؤثر تصميم مصدر الضخ في ليزرات الحالة الصلبة بشكل كبير على أدائها. يُعدّ الضخ من الطرف والضخ من الجوانب من التصاميم الشائعة. يوفر الضخ من الطرف، حيث يُوجّه ضوء الضخ على طول المحور البصري لوسط الليزر، تداخلاً أفضل بين ضوء الضخ ونمط الليزر، مما يؤدي إلى كفاءة أعلى. أما الضخ من الجوانب، فرغم أنه قد يكون أقل كفاءة، إلا أنه أبسط ويمكنه توفير طاقة إجمالية أعلى للقضبان أو الألواح ذات الأقطار الكبيرة.
إدارة الحرارة:يحتاج كل من ليزر الألياف وليزر الحالة الصلبة إلى إدارة حرارية فعّالة للتعامل مع الحرارة المتولدة من مصادر الضخ. في ليزر الألياف، تساعد مساحة السطح الواسعة للألياف على تبديد الحرارة. أما في ليزر الحالة الصلبة، فتُعدّ أنظمة التبريد (مثل التبريد المائي) ضرورية للحفاظ على استقرار التشغيل ومنع حدوث ظاهرة العدسة الحرارية أو تلف وسط الليزر.
تاريخ النشر: 28 فبراير 2024