اشترك في وسائل التواصل الاجتماعي الخاصة بنا للحصول على منشورات سريعة
تعريف ثنائي الليزر المقترن بالألياف ومبدأ العمل والطول الموجي النموذجي
الصمام الثنائي الليزري المقترن بالألياف الضوئية هو جهاز شبه موصل يُولّد ضوءًا متماسكًا، يُركّز ويُحاذي بدقة ليتم ربطه بكابل ألياف ضوئية. يعتمد المبدأ الأساسي على استخدام تيار كهربائي لتحفيز الصمام الثنائي، مما يُولّد فوتونات من خلال الانبعاث المُحفّز. تُضخّم هذه الفوتونات داخل الصمام الثنائي، مُنتجةً شعاع ليزر. من خلال التركيز والمحاذاة الدقيقين، يُوجَّه شعاع الليزر هذا إلى قلب كابل الألياف الضوئية، حيث ينتقل بأقل خسارة عن طريق الانعكاس الداخلي الكلي.
نطاق الطول الموجي
يمكن أن يختلف الطول الموجي النموذجي لوحدة ثنائي ليزر مقترن بالألياف بشكل كبير حسب الاستخدام المقصود. عمومًا، تغطي هذه الأجهزة نطاقًا واسعًا من الأطوال الموجية، بما في ذلك:
طيف الضوء المرئي:يتراوح طول أطوالها بين حوالي ٤٠٠ نانومتر (بنفسجي) و٧٠٠ نانومتر (أحمر). تُستخدم هذه المواد غالبًا في التطبيقات التي تتطلب ضوءًا مرئيًا للإضاءة أو العرض أو الاستشعار.
الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR):تتراوح أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) بين 700 و2500 نانومتر. تُستخدم هذه الموجات عادةً في الاتصالات، والتطبيقات الطبية، ومختلف العمليات الصناعية.
الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIR): يمتد إلى ما بعد 2500 نانومتر، على الرغم من أنه أقل شيوعًا في وحدات الصمام الثنائي الليزري المقترنة بالألياف القياسية بسبب التطبيقات المتخصصة ومواد الألياف المطلوبة.
تقدم شركة Lumispot Tech وحدة الصمام الثنائي الليزري المقترن بالألياف بأطوال موجية نموذجية تبلغ 525 نانومتر، و790 نانومتر، و792 نانومتر، و808 نانومتر، و878.6 نانومتر، و888 نانومتر، و915 مترًا، و976 نانومتر لتلبية احتياجات العملاء المختلفة'احتياجات التطبيق.
نموذجي أتطبيقs من الليزر المقترن بالألياف عند أطوال موجية مختلفة
يستكشف هذا الدليل الدور المحوري لثنائيات الليزر المقترنة بالألياف (LDs) في تطوير تقنيات مصادر الضخ وطرق الضخ الضوئية عبر أنظمة الليزر المختلفة. من خلال التركيز على أطوال موجية محددة وتطبيقاتها، نسلط الضوء على كيفية إحداث هذه الثنائيات ثورة في أداء وفائدة كل من ليزر الألياف وليزر الحالة الصلبة.
استخدام الليزر المقترن بالألياف كمصدر ضخ لليزر الألياف
915 نانومتر و976 نانومتر ليزر مقترن بالألياف LD كمصدر مضخة لليزر الألياف 1064 نانومتر إلى 1080 نانومتر.
بالنسبة لليزرات الليفية العاملة في نطاق 1064 إلى 1080 نانومتر، يمكن للمنتجات التي تستخدم أطوالًا موجية 915 و976 نانومتر أن تكون مصادر ضخ فعالة. تُستخدم هذه المنتجات بشكل رئيسي في تطبيقات مثل القطع واللحام بالليزر، والتكسية، والمعالجة بالليزر، والوسم، وأسلحة الليزر عالية الطاقة. تتضمن هذه العملية، المعروفة باسم الضخ المباشر، امتصاص الألياف لضوء المضخة وإصداره مباشرةً كمخرج ليزر بأطوال موجية مثل 1064 و1070 و1080 نانومتر. تُستخدم تقنية الضخ هذه على نطاق واسع في كل من ليزرات الأبحاث والليزرات الصناعية التقليدية.
صمام ثنائي ليزر مقترن بالألياف بطول موجة 940 نانومتر كمصدر مضخة لليزر الليفي بطول موجة 1550 نانومتر
في مجال ليزرات الألياف بطول موجة 1550 نانومتر، تُستخدم ليزرات الألياف المقترنة بطول موجة 940 نانومتر بشكل شائع كمصادر للمضخات. يُعدّ هذا التطبيق قيّمًا بشكل خاص في مجال ليزر ليدار.
تطبيقات خاصة للثنائي الليزري المقترن بالألياف بطول موجة 790 نانومتر
لا تُستخدم ليزرات الألياف المقترنة بطول موجة 790 نانومتر كمصادر ضخ لليزرات الألياف فحسب، بل تُستخدم أيضًا في ليزرات الحالة الصلبة. تُستخدم بشكل رئيسي كمصادر ضخ لليزرات التي تعمل بالقرب من طول الموجة 1920 نانومتر، مع تطبيقات رئيسية في التدابير المضادة للكهرباء الضوئية.
التطبيقاتاستخدام الليزر المقترن بالألياف كمصدر ضخ لليزر الحالة الصلبة
بالنسبة لليزرات الحالة الصلبة التي يتراوح طولها بين 355 و532 نانومتر، تُعدّ ليزرات الألياف المقترنة بأطوال موجية 808 نانومتر، و880 نانومتر، و878.6 نانومتر، و888 نانومتر هي الخيارات المُفضّلة. وتُستخدم هذه الليزرات على نطاق واسع في البحث العلمي وفي تطوير ليزرات الحالة الصلبة في الطيف البنفسجي والأزرق والأخضر.
التطبيقات المباشرة لليزر أشباه الموصلات
تشمل تطبيقات ليزر أشباه الموصلات المباشرة الإخراج المباشر، وربط العدسات، ودمج لوحات الدوائر، وتكامل الأنظمة. تُستخدم ليزرات الألياف المقترنة بأطوال موجية مثل 450 نانومتر، و525 نانومتر، و650 نانومتر، و790 نانومتر، و808 نانومتر، و915 نانومتر في تطبيقات متنوعة، بما في ذلك الإضاءة، وفحص السكك الحديدية، والرؤية الآلية، وأنظمة الأمن.
متطلبات مصدر المضخة لليزر الألياف والليزر الحالة الصلبة.
لفهمٍ مُفصّل لمتطلبات مصادر المضخات في ليزرات الألياف وليزرات الحالة الصلبة، من الضروري التعمق في تفاصيل كيفية عمل هذه الليزرات ودور مصادر المضخات في أدائها. سنُوسّع هنا النظرة العامة الأولية لتغطية تعقيدات آليات الضخ، وأنواع مصادر المضخات المستخدمة، وتأثيرها على أداء الليزر. يؤثر اختيار مصادر المضخات وتكوينها بشكل مباشر على كفاءة الليزر، وطاقة خرجه، وجودة شعاعه. يُعدّ الاقتران الفعّال، ومطابقة الطول الموجي، والإدارة الحرارية عوامل أساسية لتحسين الأداء وإطالة عمر الليزر. تُواصل التطورات في تقنية ثنائيات الليزر تحسين أداء وموثوقية كلٍّ من ليزرات الألياف وليزرات الحالة الصلبة، مما يجعلها أكثر تنوعًا وفعالية من حيث التكلفة لمجموعة واسعة من التطبيقات.
- متطلبات مصدر مضخة الليزر الليفي
ثنائيات الليزركمصدر للمضخة:تستخدم ليزرات الألياف بشكل رئيسي ثنائيات الليزر كمصدر ضخ نظرًا لكفاءتها، وحجمها الصغير، وقدرتها على إنتاج طول موجي محدد من الضوء يطابق طيف امتصاص الألياف المُشَبَّبة. يُعد اختيار طول موجة ثنائي الليزر أمرًا بالغ الأهمية؛ فعلى سبيل المثال، يُعد الإيتربيوم (Yb) من المواد المُشَبَّبة الشائعة في ليزرات الألياف، وله ذروة امتصاص مثالية تبلغ حوالي 976 نانومتر. لذلك، تُفضَّل ثنائيات الليزر التي تُصدر هذا الطول الموجي أو ما يقاربه لضخ ليزرات الألياف المُشَبَّبة بالـ Yb.
تصميم الألياف المزدوجة:لزيادة كفاءة امتصاص الضوء من ثنائيات ليزر المضخة، غالبًا ما تستخدم ليزرات الألياف تصميمًا مزدوج الطبقة للألياف. يُشَوَّب النواة الداخلية بوسط الليزر النشط (مثل Yb)، بينما تُوجِّه طبقة الغلاف الخارجية الأكبر ضوء المضخة. يمتص النواة ضوء المضخة ويُنتج تأثير الليزر، بينما يسمح الغلاف بتفاعل كمية أكبر من ضوء المضخة مع النواة، مما يُعزز الكفاءة.
كفاءة مطابقة الطول الموجي والاقترانلا يتطلب الضخ الفعال اختيار ثنائيات الليزر ذات الطول الموجي المناسب فحسب، بل يتطلب أيضًا تحسين كفاءة الاقتران بين الثنائيات والألياف. يتضمن ذلك محاذاة دقيقة واستخدام مكونات بصرية كالعدسات والموصلات لضمان حقن أقصى قدر من ضوء المضخة في قلب الألياف أو غلافها.
-ليزرات الحالة الصلبةمتطلبات مصدر المضخة
الضخ البصري:إلى جانب ثنائيات الليزر، يمكن ضخ ليزرات الحالة الصلبة (بما في ذلك ليزرات الكتلة مثل Nd:YAG) بصريًا باستخدام مصابيح فلاش أو مصابيح قوسية. تُصدر هذه المصابيح طيفًا واسعًا من الضوء، يتوافق جزء منه مع نطاقات امتصاص وسط الليزر. على الرغم من أن هذه الطريقة أقل كفاءة من ضخ ثنائيات الليزر، إلا أنها توفر طاقات نبضية عالية جدًا، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب طاقة ذروة عالية.
تكوين مصدر المضخة:يؤثر تكوين مصدر المضخة في ليزرات الحالة الصلبة بشكل كبير على أدائها. يُعدّ الضخ الطرفي والضخ الجانبي من التكوينات الشائعة. يوفر الضخ الطرفي، حيث يُوجَّه ضوء المضخة على طول المحور البصري لوسط الليزر، تداخلًا أفضل بين ضوء المضخة ووضع الليزر، مما يؤدي إلى كفاءة أعلى. أما الضخ الجانبي، فرغم أنه قد يكون أقل كفاءة، إلا أنه أبسط ويمكنه توفير طاقة إجمالية أعلى للقضبان أو الألواح ذات القطر الكبير.
الإدارة الحرارية:يحتاج كلٌّ من ليزر الألياف وليزر الحالة الصلبة إلى إدارة حرارية فعّالة للتعامل مع الحرارة الناتجة عن مصادر المضخة. في ليزر الألياف، تُساعد مساحة السطح الممتدة للألياف على تبديد الحرارة. أما في ليزر الحالة الصلبة، فتُعد أنظمة التبريد (مثل التبريد بالماء) ضرورية للحفاظ على استقرار التشغيل ومنع العدسة الحرارية أو تلف وسيط الليزر.
وقت النشر: ٢٨ فبراير ٢٠٢٤