Stel je een gereedschap voor dat zo precies is dat het door metaal kan snijden met de finesse van een scalpel van een chirurg. Fiber lasers hebben een revolutie teweeggebracht in industrieën van productie tot geneeskunde. Dit artikel gaat in op de mechanica achter fiber lasers en onderzoekt hoe ze de kracht van licht door optische vezels gebruiken om een ongeëvenaarde precisie en efficiëntie te bereiken. Lezers ontdekken de verschillende toepassingen van deze technologie, de wetenschap die het mogelijk maakt en de vooruitgang die de toekomst vormgeeft. Verlicht samen met ons de baanbrekende wereld van fiber lasers.
Optische vezel, ook bekend als glasvezel, is een cilindrische golfgeleider die wordt gebruikt om licht door te geven. Het maakt gebruik van het principe van totale interne reflectie om de lichtgolf in de vezelkern te beperken en langs de vezelas te geleiden.
De vervanging van koperdraden door optische vezels heeft de wereld veranderd. Als medium voor lichttransmissie is optische vezel al wijdverbreid toegepast sinds het voorstel door Gao Kun in 1966 vanwege de vele voordelen, zoals een hoge capaciteit, sterke mogelijkheden tegen interferentie, laag transmissieverlies, lange transmissieafstand, uitstekende beveiliging, sterk aanpassingsvermogen, compacte afmetingen, licht gewicht en overvloedige grondstoffenbronnen.
Gao Kun, algemeen erkend als de "vader van de optische vezel", kreeg in 2009 de Nobelprijs voor Natuurkunde.
De telecommunicatie-industrie is veranderd door de voortdurende verbetering en praktische toepassingen van optische vezels. Optische vezel heeft koperdraad grotendeels vervangen en is nu een cruciaal onderdeel van moderne communicatie.
Het optische vezelcommunicatiesysteem is een type communicatiesysteem dat gebruik maakt van licht als informatiedrager en optische vezel als golfgeleidermedium. Bij het verzenden van informatie wordt het elektrische signaal omgezet in een optisch signaal en verzonden binnen de optische vezel.
Als een nieuwe vorm van communicatietechnologie heeft optische vezelcommunicatie vanaf het begin onvergelijkbare voordelen laten zien, waardoor het wijdverspreide interesse en aandacht heeft getrokken.
Het wijdverbreide gebruik van optische vezels in communicatie heeft ook de snelle ontwikkeling van vezelversterkers en fiberlasers gestimuleerd. Naast communicatie worden optische vezel systemen ook veel gebruikt in de geneeskunde, detectie en andere gebieden.
De actieve vezel dient als versterkingsmedium in vezellasers. Op basis van de structuur kan de actieve vezel worden ingedeeld in enkelvoudige modus vezel, dubbel beklede vezel en fotonische kristalvezel.
Een monomodus vezel bestaat uit een kern, een bekleding en een coating. De brekingsindex (N1) van het kernmateriaal is hoger dan die van het bekledingsmateriaal (N2). Wanneer de invalshoek van het invallende licht groter is dan de kritieke hoek, wordt de bundel volledig uitgezonden in de kern, waardoor de optische vezel de bundel beperkt tot de kern en deze doorgeeft.
De binnenbekleding van een enkelvoudige modale vezel kan echter geen multimodaal pomplicht opsluiten en de kern heeft een lage numerieke apertuur. Als gevolg hiervan kan laseroutput alleen worden verkregen door enkelvoudig pomplicht in de kern te koppelen.
Vroege fiberlasers maakten gebruik van single-mode fiber, wat leidde tot een lage koppelingsefficiëntie en de productie van slechts milliwatt uitgangsvermogen.
Lichttransmissie in optische vezels
In een poging om de beperkingen van conventionele single-mode, single-cladding Ytterbium-gedoteerde (Yb3+) vezel op het gebied van conversie-efficiëntie en uitgangsvermogen te overwinnen, stelde R. Maurer in 1974 voor het eerst het concept van double-cladding vezel voor. Het was echter pas toen E. Snitzer en anderen in 1988 de technologie voor het pompen met bekleding voorstelden, dat de technologie voor hoogvermogen ytterbium-gedoopte vezellaser/versterker zich snel ontwikkelde.
De dubbel beklede optische vezel is een type optische vezel met een unieke structuur. Vergeleken met conventionele optische vezels heeft deze een binnenbekleding die bestaat uit een coatinglaag, binnenbekleding, buitenbekleding en een gedoteerde kern.
Cladding-pomptechnologie is gebaseerd op dubbel beklede vezel en is gericht op het verzenden van multi-mode pomplicht in de binnenste bekleding en laserlicht in de vezelkern, waardoor de pompconversie-efficiëntie en het uitgangsvermogen van de fiberlaser sterk verbeteren.
De structuur van de dubbel beklede vezel, de vorm van de binnenbekleding en de koppelingsmodus van het pomplicht zijn cruciaal voor deze technologie.
De vezelspoel van de dubbel beklede vezel is samengesteld uit silica (SiO2) gedoteerd met zeldzame aardelementen. In vezellasers dient deze vezel als zowel het lasermedium als het kanaal voor de overdracht van het lasersignaal.
Om ervoor te zorgen dat de uitgangsexcitatie de fundamentele transversale modus is, wordt de V-parameter verlaagd voor de overeenkomstige werkgolflengte door de numerieke apertuur en kerndiameter te ontwerpen.
De transversale afmeting van de binnenbekleding (tientallen keren groter dan de conventionele kerndiameter) en de numerieke apertuur zijn veel groter dan die van de kern en de brekingsindex is lager dan die van de kern, wat de volledige voortplanting van de laser in de kern beperkt.
Dit creëert een optische golfgeleider met een grote doorsnede en numerieke apertuur tussen de kern en de buitenste bekleding, waardoor pomplicht met hoog vermogen en een grote numerieke apertuur, doorsnede en multimode in de optische vezel kan worden gekoppeld en beperkt tot transmissie binnen de binnenste bekleding zonder diffusie. Dit helpt bij het handhaven van optische pompen met een hoge vermogensdichtheid.
De buitenste bekleding van de dubbel beklede vezel is samengesteld uit polymeermaterialen met een brekingsindex die lager is dan die van de binnenste bekleding. De buitenste laag is een beschermende laag gemaakt van organische materialen.
Het koppelgebied van de dubbel beklede vezel naar het pomplicht wordt bepaald door de grootte van de binnenbekleding, in tegenstelling tot de traditionele single-mode vezel, die alleen bepaald wordt door de kern.
Hierdoor ontstaat een dubbellaagse golfgeleiderstructuur voor de dubbel beklede vezel.
Aan de ene kant verbetert het de vermogenskoppelingsefficiëntie van de fiberlaser, waardoor het pomplicht de gedoteerde ionen kan exciteren en meerdere keren laserlicht door de vezelkern kan uitstralen wanneer het in de binnenste bekleding wordt geleid.
Aan de andere kant wordt de kwaliteit van de uitvoerbundel bepaald door de aard van de vezelkern en de introductie van de binnenbekleding heeft geen negatieve invloed op de kwaliteit van de uitvoerbundel van de vezellaser.
Structureel schema van achthoekige dubbel beklede vezel
Schematisch diagram van verschillende binnenbekledingsstructuren
De speciaal ontworpen binnenbekleding van de dubbel beklede fiberlaser kan de gebruiksefficiëntie van het pomplicht enorm verbeteren.
Aanvankelijk was de binnenste bekledingsstructuur van de dubbel beklede vezel cilindrisch symmetrisch, waardoor het fabricageproces relatief eenvoudig was en gemakkelijk te koppelen met de staartvezel van de pomplaserdiode (LD).
De perfecte symmetrie resulteerde echter in een groot aantal spiraalvormige stralen in het pomplicht binnen de binnenste bekleding, die nooit het kerngebied zouden bereiken, zelfs niet na meerdere reflecties.
Hierdoor konden deze stralen niet worden geabsorbeerd door de vezelkern, wat leidde tot lichtlekkage, waardoor het moeilijk werd om de omzettingsefficiëntie te verbeteren, zelfs met het gebruik van langere vezels.
Daarom moet de cilindrische symmetrie van de binnenbekledingsstructuur verstoord worden.
In conventionele dubbel beklede vezels wordt het uitgangslaservermogen bepaald door de grootte van de vezelkern en bepaalt de numerieke apertuur de kwaliteit van de uitgangslaserstraal.
De beperkingen van fysische mechanismen zoals niet-lineaire effecten en optische schade in optische vezels maken het echter onmogelijk om te voldoen aan de behoefte aan enkelvoudige moduswerking van dubbel beklede vezels met een groot modusveld bij een hoog uitgangsvermogen door alleen de kerndiameter te vergroten.
De komst van speciale optische vezels, zoals fotonische kristalvezels (PCF), biedt een effectieve oplossing voor dit probleem.
Het concept van fotonische kristallen werd voor het eerst voorgesteld door E. Yablonovitch in 1987. Hierbij vormen diëlektrische materialen met variërende diëlektrische constanten een periodieke structuur met de orde van de lichtgolflengte in een eendimensionale, tweedimensionale of driedimensionale ruimte. Hierdoor ontstaan fotonische geleidingsbanden die de voortplanting van licht mogelijk maken en fotonische bandkloven (PBG) die de voortplanting van licht verhinderen.
Door de opstelling en verdelingsperiode van verschillende media te veranderen, kunnen talloze veranderingen in de eigenschappen van fotonische kristallen worden bereikt, waardoor specifieke functies mogelijk worden.
Fotonische kristalvezel (PCF) is een tweedimensionaal fotonisch kristal, ook wel microstructuurvezel of poreuze vezel genoemd.
In 1996 creëerden J.C. Knight en anderen de eerste PCF en het lichtgeleidingsmechanisme is vergelijkbaar met het totale interne reflectie lichtgeleidingsmechanisme in traditionele optische vezels.
De eerste PCF gebaseerd op het principe van de fotonische bandkloof werd uitgevonden in 1998.
Na 2005 werden het ontwerp en de bereidingsmethoden van PCF's met een groot modusveld divers, waarbij verschillende gevormde structuren opkwamen, waaronder lekke kanaal-PCRF's, staaf-PCRF's, PCF's met grote tussenruimte en PCF's met meerdere kernen.
Het modusveldoppervlak van optische vezels is ook toegenomen.
Microstructuur van verschillende fotonische kristalvezels
Fotonische kristalvezel (PCF) lijkt op traditionele single-mode vezel, maar heeft een complexe array van gaatjes op het niveau van de microstructuur.
Deze structurele eigenschappen geven PCF vele unieke voordelen die traditionele optische vezels niet kunnen evenaren, zoals niet-afgesneden enkelvoudige modus transmissie, een groot modusveldgebied, instelbare dispersie en laag limietverlies, waarmee vele problemen in traditionele lasers worden overwonnen.
PCF kan bijvoorbeeld singlemode-werking bereiken met een groot modusveldgebied, waardoor de laser vermogensdichtheid in de optische vezel, het minimaliseren van het niet-lineaire effect in de optische vezel en het verbeteren van de schadedrempel van de optische vezel met behoud van de straalkwaliteit.
Het maakt ook een grote numerieke apertuur mogelijk, wat resulteert in een betere koppeling van het pomplicht en een hoger laservermogen.
Deze voordelen van PCF hebben geleid tot een wereldwijde toename van onderzoek, waardoor het een nieuw onderzoeksfocus in fiberlasers is geworden en een steeds belangrijkere rol speelt in vezellasertoepassingen met hoog vermogen.
Een laser met een optische vezel als het versterkingsmedium wordt een fiberlaser genoemd.
Net als andere lasertypes bestaat deze uit een versterkingsmedium, een pompbron en een resonator.
De fiberlaser toepassingen de actieve vezel, gedoteerd met zeldzame aardelementen in de kern, als het versterkingsmedium.
Meestal dienen halfgeleiderlasers als pompbron, terwijl de resonator bestaat uit spiegels, vezeleinden, vezelringspiegels of vezelroosters.
Op basis van de tijddomeinkenmerken kunnen fiberlasers worden onderverdeeld in continue fiberlasers en gepulseerde fiberlasers.
Op basis van de resonatorstructuur kunnen ze worden onderverdeeld in lineaire caviteits fiber lasers, gedistribueerde feedback fiber lasers en ring cavity fiber lasers.
Op basis van de verschillende versterkingsvezel en pompmodus kunnen ze worden onderverdeeld in fiberlasers met enkele bekleding (core pumping) en fiberlasers met dubbele bekleding (cladding pumping).
Structuurprincipe van alle vezel lineaire caviteits fiber laser
In 1961 ontdekte Snitzer laserstraling in Nd-gedoteerde glazen golfgeleiders.
In 1966 bestudeerde Gao Kun grondig de belangrijkste oorzaken van optische verzwakking in optische vezels en wees hij op de belangrijkste technische problemen die moesten worden aangepakt voor de praktische toepassing van optische vezels in communicatie.
In 1970 ontwikkelde Corning Company in de Verenigde Staten optische vezels met een demping van minder dan 20 dB/km, wat de basis legde voor de ontwikkeling van optische communicatie en opto-elektronische technologie.
Deze technologische doorbraak heeft ook de ontwikkeling van fiberlasers enorm vergemakkelijkt.
In de jaren 1970 en 1980 zorgden de volwassenheid en commercialisering van de halfgeleiderlasertechnologie voor betrouwbare en diverse pompbronnen voor de ontwikkeling van fiberlasers.
Tegelijkertijd verminderde de vooruitgang van chemische dampdepositie het transmissieverlies van optische vezels.
Vezellasers zijn snel gediversifieerd. Verschillende zeldzame aarde-elementen, zoals erbium (Er3+), ytterbium (Yb3+), neodymium (Nd3+), samarium (Sm3+), thulium (Tm3+), holmium (Ho3+), praseodymium (Pr3+), dysprosium (Dy3+) en bismut (Bi3+), worden in de vezel gedoteerd om laseruitgangen van verschillende golflengten te verkrijgen om aan verschillende toepassingsvereisten te voldoen.
Emissiespectrumbereik van kwartsvezel gedoteerd met zeldzame aardelementen
De voordelen van hoogvermogen fiberlaser zijn als volgt.
De golfgeleiderstructuur van de fiberlaser maakt het gemakkelijk om een uitvoer met enkele transversale modus te produceren en wordt niet significant beïnvloed door externe factoren, wat leidt tot laseruitvoer met hoge helderheid.
Vezellasers kunnen een hoge optische-naar-optische omzettingsefficiëntie bereiken door als pompbron een halfgeleiderlaser te gebruiken waarvan de emissiegolflengte overeenkomt met de absorptiekenmerken van gedoteerde zeldzame aardelementen.
Voor ytterbium-gedoopte fiberlasers met hoog vermogen worden meestal halfgeleiderlasers van 915 nm of 975 nm geselecteerd.
De eenvoudige energieniveaustructuur van Yb3+ leidt tot weinig verschijnselen zoals up-conversie, absorptie van de aangeslagen toestand en concentratiedoving, en een lange fluorescentielevensduur, waardoor het effectief is voor het opslaan van energie en het bereiken van krachtige werking.
De totale elektro-optische efficiëntie van commerciële fiberlasers kan oplopen tot 25%, wat bijdraagt aan kostenbesparing, energiebesparing en milieubescherming.
Vezellasers maken gebruik van een slanke zeldzame aarde-gedoopte vezel als het lasermedium, dat een grote oppervlakte- en volumeverhouding heeft. Deze verhouding is ongeveer 1000 keer groter dan die van bloklasers in vaste toestand en biedt inherente voordelen op het gebied van warmteafvoer.
Voor toepassingen met laag tot middelhoog vermogen is speciale koeling van de optische vezel niet nodig. In scenario's met een hoog vermogen kan waterkoeling de afname in straalkwaliteit en efficiëntie, veroorzaakt door thermische effecten in vastestoflasers, effectief beperken.
Het gebruik van een kleine en flexibele vezel als het versterkingsmedium van de laser maakt de fiberlaser ideaal voor volumevermindering en kostenbesparing. De pompbron, een halfgeleiderlaser, heeft ook een compact formaat en is gemakkelijk modulair op te bouwen. De meeste commerciële producten kunnen worden uitgevoerd met staartvezel.
Door optische vezelcomponenten zoals Bragg-roosters in te bouwen, kan een volledig optisch vezel-systeem worden bereikt door deze componenten samen te voegen. Dit resulteert in een hoge ongevoeligheid voor omgevingsstoringen, een hoge stabiliteit en minder onderhoudstijd en -kosten.
Vezellasers met een hoog vermogen hebben ook onoverkomelijke nadelen:
Ten eerste wordt het gemakkelijk beperkt door niet-lineaire effecten.
De golfgeleiderstructuur van de fiberlaser geeft deze een lange effectieve lengte, wat resulteert in een lage drempel voor verschillende niet-lineaire effecten. Schadelijke niet-lineaire effecten zoals gestimuleerde Ramanverstrooiing (SRS) en zelffasemodulatie (SPM) kunnen echter leiden tot fasefluctuaties, energieoverdracht in het spectrum en zelfs schade aan het lasersysteem, wat de vooruitgang van vezellasers met hoog vermogen belemmert.
Het tweede is het fotonverduisteringseffect.
De hoge doteringsconcentratie van zeldzame aardmetalen in vezellasers resulteert in een geleidelijke en onomkeerbare afname van de vermogensomzettingsefficiëntie als gevolg van het fotonverduisteringseffect bij een langere pomptijd. Dit beperkt de langetermijnstabiliteit en levensduur van vezellasers met hoog vermogen, vooral in het geval van ytterbium-gedoopte vezellasers met hoog vermogen.
Dankzij de vooruitgang in vezellasers met hoge helderheid en dubbel beklede vezeltechnologie zijn het uitgangsvermogen, de optische omzettingsefficiëntie en de straalkwaliteit van vezellasers met hoog vermogen echter aanzienlijk verbeterd.
De enorme vraag naar vezellasers met hoog vermogen voor industriële verwerking, gerichte energiewapens, telemetrie over lange afstanden, lidar en andere gebieden heeft geleid tot onderzoeksinspanningen van bedrijven zoals IPG Photonics, Nufern, NLight en de Trumpf Group, wat heeft geleid tot de ontwikkeling van zowel continue golf als pulsgolf vezellasers met hoog vermogen en een gevarieerde productlijn.
Academische instellingen zoals Tsinghua University, de University of National Defense Science and Technology, het Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery, de Chinese Academy of Sciences en het Fourth Research Institute of China Aerospace Science and Industry Group hebben ook spannende resultaten op dit gebied gemeld.
De beperkingen van niet-lineaire effecten, thermische effecten en materiaalschadedrempels in vezellasers resulteren in een beperkt uitgangsvermogen voor enkelkanaals vezellasers, met een afname van de straalkwaliteit naarmate het vermogen toeneemt.
Om de kwaliteit van de bundel te verbeteren, is het nodig om technologie voor moduscontrole toe te passen en nieuwe vezels met speciale structuren te ontwerpen. J.W. Dawson en collega's voerden een theoretische analyse uit van het maximale uitgangsvermogen van een enkele vezel. Uit de berekeningen blijkt dat een breedbandige fiberlaser een laservermogen van 36 kW kan bereiken met een bijna-diffractielimiet, terwijl een fiberlaser met een smalle lijnbreedte een maximaal vermogen van 2 kW kan bereiken.
Om het uitgangsvermogen van fiberlasers en versterkers verder te verhogen, is vermogenssynthese van meerkanaals fiberlasers via coherente synthesetechnologie een effectieve methode. Dit is de afgelopen jaren een veel onderzocht onderwerp geworden.
Coherent synthese systeem van fiber laser
De beperkingen die worden opgelegd door niet-lineaire effecten, thermische effecten en materiaalschadedrempels in vezellasers beperken het uitgangsvermogen van enkelkanaals vezellasers en resulteren in een afname van de straalkwaliteit met toenemend vermogen.
Om de kwaliteit van de bundel te verbeteren, moet gebruik worden gemaakt van technologie voor moduscontrole en het ontwerp van speciale vezelstructuren. J.W. Dawson en zijn collega's voerden een theoretische analyse uit van het maximale uitgangsvermogen van een enkele vezel. De resultaten laten zien dat een breedband vezellaser een bijna-diffractielimiet laseruitgang kan produceren met een maximaal vermogen van 36 kW, terwijl een vezellaser met een smalle lijnbreedte een maximaal vermogen van 2 kW kan bereiken.
Coherente synthese, waarbij het vermogen van meerdere fiber lasers wordt gesynthetiseerd, is een effectieve methode om het uitgangsvermogen van fiber lasers en versterkers te verhogen. Deze aanpak is de afgelopen jaren een onderwerp van aanzienlijk onderzoek geworden.
Naast de unieke voordelen van fiber lasers en de vraag naar 100 kilowatt systemen, hebben verschillende ondersteunende apparaten, zoals fiber-fused cone couplers, multi-core fibers, fasemodulatoren met pigtails en akoestisch-optische frequentieverschuivers, een cruciale rol gespeeld in de commercialisering van optische vezelcommunicatie.
De vezelgesmolten kegelkoppeling en vezels met meerdere kernen maken passieve faseregeling door middel van laserenergie-injectiekoppeling en evanescente-golfkoppeling veel beter hanteerbaar.
De fasemodulator met pigtails en akoesto-optische frequentieverschuivers maakt actieve faseregeling mogelijk met een megahertz-regelbandbreedte, waardoor fasefluctuaties onder omstandigheden met veel vermogen kunnen worden beheerst en een fasevergrendelde uitvoer kan worden bereikt.
Onderzoekers hebben tal van verschillende coherente syntheseschema's voorgesteld, waaronder spectrale synthese technologie, een incoherente synthese technologie die gebruik maakt van een of meer diffractieroosters om meerdere substralen te diffracteren in hetzelfde diafragma voor een enkel diafragma output en verbeterde straalkwaliteit.
De spectrale synthese van vezellasers maakt volledig gebruik van de brede versterkingsbandbreedte van ytterbium-gedoopte vezellasers om de beperkingen van het uitgangsvermogen van een enkele vezellaser te overwinnen. kwaliteitslaser output. Dit is een van de belangrijke technische mogelijkheden voor vezellasers met hoog vermogen in de toekomst.
Spectraal synthetisch vezellasersysteem
Het Shanghai Institute of Optics and Mechanics heeft de afgelopen jaren uitgebreid onderzoek gedaan naar vezellasers met hoog vermogen en spectrale synthese, waarbij belangrijke doorbraken zijn gemaakt in de voorbereiding van apparaten, belangrijke technologieën en spectrale synthesesystemen.
Op het gebied van vezelversterkers met smalle lijnbreedte en hoog vermogen gebruikte het instituut in 2016 zelfontwikkelde kernapparaten zoals vezel Bragg roosters, vezelcombiners met hoog vermogen en optische filters met bekleding. Dit was gebaseerd op sleuteltechnologieën zoals cascadefiltering van vezel Bragg-roosters, linewidth control, amplification stage parameter control en fiber mode control.
Deze doorbraak overtrof de limiet voor het single-mode uitgangsvermogen van lasers met een lijnbreedte van minder dan 50 GHz, zoals gerapporteerd door de onderzoeksgroep van de Universiteit van Jena in Duitsland. Het instituut was in staat om een fiberlaseruitgang te bereiken met een bijna-diffractielimiet met een vermogen van 2,5 kW, een lijnbreedte van 0,18 nm (50 GHz) en een middengolflengte van 1064,1 nm.
De laser heeft een compacte en stabiele volledig optische vezelpit en een drietraps versterkingsstructuur, waardoor hij zeer robuust is. De hoofdversterker maakt gebruik van een niet-polariserende 20 μm/400 μm vezel, en door het beschikbare pompvermogen te verhogen kan het laser uitgangsvermogen verder worden verbeterd.
In termen van spectrale synthese hebben metaalfilmreflecterende diffractieroosters een lage schadedrempel en zijn ze niet bestand tegen de bestraling met een hoog vermogen laser, waardoor het een uitdaging is om spectrale synthese met een hoog vermogen te bereiken. In augustus 2016 realiseerde het instituut echter spectrale synthese van 11,27 kW hoge straalkwaliteit door gebruik te maken van 7 fiberlasers met smalle lijnbreedte en polarisatie-incorrelatie-loze meerlaagse diëlektrische diffractieroosters (MLDG) met hoge schadedrempel, waarmee aanzienlijke vooruitgang werd geboekt in de spectrale synthese van fiberlasers met hoog vermogen.
Vezellasers leveren uitstekende prestaties op verschillende gebieden zoals industriële verwerking, medische behandeling, teledetectie, beveiliging en wetenschappelijk onderzoek dankzij hun goede straalkwaliteit, hoge elektro-optische efficiëntie, compacte structuur en betrouwbaarheid.
In de industriële sector kunnen vezellasers op basis van hun uitgangsvermogen worden ingedeeld in drie categorieën:
Fiberlasers met laag vermogen (< 50 watt) worden voornamelijk gebruikt voor microstructuurbewerking, lasermarkeren, weerstandsaanpassing, precisie borenmetaalgraveren, enz.
Middelzware vezellasers (50 tot 500 watt) worden voornamelijk gebruikt voor boren, lassen, knippen en snijden. oppervlaktebehandeling van dunne metalen platen.
Vezellasers met hoog vermogen (> 1000 watt) worden onder andere gebruikt voor het snijden van dikke metalen platen, het coaten van metaaloppervlakken en het driedimensionaal bewerken van speciale platen.
Vezellasers leveren uitstekende prestaties op verschillende gebieden zoals industriële verwerking, medische behandeling, teledetectie, beveiliging en wetenschappelijk onderzoek dankzij hun goede straalkwaliteit, hoge elektro-optische efficiëntie, compacte ontwerp en betrouwbaarheid.
In het industriële domein kunnen vezellasers op basis van hun uitgangsvermogen worden onderverdeeld in drie categorieën:
Fiberlasers met laag vermogen (< 50 watt) worden voornamelijk gebruikt voor microstructuurbewerking, lasermarkeren, weerstandsinstelling, precisieboren, metaalgraveren enz.
Middelzware fiberlasers (50 tot 500 watt) worden voornamelijk gebruikt voor boren, lassen, snijden en oppervlaktebehandeling van dunne metalen platen.
Vezellasers met hoog vermogen (> 1000 watt) worden voornamelijk gebruikt voor het snijden van dikke metalen platen, het coaten van metaaloppervlakken en driedimensionale verwerking van speciale platen, naast andere toepassingen.
Vezellasers leveren uitzonderlijke prestaties op verschillende gebieden zoals industriële verwerking, medische behandeling, teledetectie, beveiliging en wetenschappelijk onderzoek dankzij hun goede straalkwaliteit, hoge elektro-optische efficiëntie, compacte ontwerp en betrouwbaarheid.
In de industriële sector kunnen vezellasers op basis van hun uitgangsvermogen worden ingedeeld in drie categorieën:
Fiberlasers met laag vermogen (< 50 watt) worden voornamelijk gebruikt voor microstructuurbewerking, lasermarkeren, weerstandsinstelling, precisieboren, metaalgraveren enz.
Middelzware fiberlasers (50 tot 500 watt) worden voornamelijk gebruikt voor boren, lassen, snijden en oppervlaktebehandeling van dunne metalen platen.
Vezellasers met hoog vermogen (> 1000 watt) worden voornamelijk gebruikt voor het snijden van dikke metalen platen, het coaten van metaaloppervlakken en driedimensionale verwerking van speciale platen, naast andere toepassingen.
Vergeleken met andere lichtbronnen draagt het kleinere volume van fiberlasers bij aan een hoge mobiliteit op lanceerplatforms, waardoor het aanpassingsvermogen en de overlevingskansen op het slagveld verbeteren.
In Afghanistan is het "Zeus" laser mijnenveegsysteem van het bedrijf Spata gebruikt om mijnen te ruimen.
Sinds 2009 heeft de Amerikaanse marine met succes glasvezellasersystemen gebruikt om UAV's, granaten en kleine schepen te vernietigen. Het systeem werd in 2014 geïnstalleerd op oorlogsschepen.
In 2012 lanceerde de Duitse wapenhandelaar Rheinmetall een 50 kW dubbelbuislasersysteem dat met succes UAV's, granaten en andere doelen onderschepte en vernietigde tijdens een demonstratie-experiment.
Het laserwapen is een nieuw concept dat zich snel ontwikkelt.
Het zendt hoogenergetische lasers uit met de snelheid van het licht op het doeloppervlak en veroorzaakt schade aan belangrijke apparaten zoals foto-elektrische detectie, navigatie en geleiding, of maakt het doelwit "blind en doof", of brandt door de bewegende objectomhulling om het neer te schieten, of brengt brandstof tot ontploffing om het in de lucht te laten ontploffen, waardoor de taak om schade te veroorzaken in korte tijd wordt voltooid.
Het heeft de voordelen van energieconcentratie, snelle overdrachtssnelheid en herhaalbaar gebruik, evenals een hoge kostenefficiëntie, snelle vuuroverdracht en weerstand tegen elektromagnetische interferentie.
Sinds het begin heeft de ontwikkeling van laserwapens zijn ups en downs gekend. Echter, de volwassenheid van vastestoflaser technologieën, zoals vezellasers, heeft de ontwikkeling van laserwapens nieuw leven ingeblazen en is het middelpunt van onderzoek geworden voor grote militaire mogendheden.
Op dit moment zijn landen als de Verenigde Staten, Groot-Brittannië, Rusland, Duitsland en India begonnen met de ontwikkeling van laserwapens en hebben ze relevante tests uitgevoerd.
De komst van laserwapens op het slagveld staat voor de deur.
In een poging om asymmetrische bedreigingen zoals UAV's en stealth aanvalsboten te bestrijden en de close defense capaciteiten van het schip te verbeteren, begon de Amerikaanse marine in 2010 officieel met de ontwikkeling van het "Laser Weapon System" (LAWS). Het systeem werd in september 2014 ingezet op het amfibische doktransportschip "Ponce" voor een operationele test en evaluatie van een jaar.
LAWS wordt geleid door Raytheon, met deelname van Boeing en Lockheed Martin in bepaalde aspecten van het werk. Het systeem maakt zoveel mogelijk gebruik van bestaande commerciële technologieën en componenten om de R&D- en aanschafkosten te minimaliseren.
Het LAWS-prototype bestaat uit zes industriële fiberlasers die, wanneer ze operationeel zijn, hun laserstralen combineren om een laserstraal van 30 kW te produceren. De kosten voor het gebruik van het laserwapensysteem zijn laag: een enkel schot kost naar schatting slechts $1, in schril contrast met de tienduizenden of honderdduizenden dollars per raket.
In 2016 startte het US Naval Research Bureau met de ontwikkeling van een nieuw scheepsgebonden hoogenergetisch laserwapensysteem met een uitgangsvermogen van 150 kW, dat vijf keer krachtiger was dan het eerder geteste prototype van het wapensysteem. Het project duurde 12 maanden en kostte US $53 miljoen om het "laser weapon system demonstration prototype" in drie fasen te ontwikkelen: de eerste fase was het initiële ontwerp, de tweede fase was het testen op de grond en de derde fase was het testen op een zelfverdedigingstestschip van de marine.
In 2014 ontwikkelden de China Academy of Engineering Physics en het Shanghai Institute of Optics and Mechanics samen het "Low Altitude Guard"-systeem. Tijdens het demonstratie- en verificatie-experiment werden meer dan 30 kleine vliegtuigen, zoals vliegtuigen met vaste vleugels, multi-rotors en helikopters, met succes neergeschoten met een succespercentage van 100%. Het systeem had een lanceervermogen van bijna 10.000 watt en een effectief beschermingsgebied van 12 vierkante kilometer voor lage hoogtes. Het kon nauwkeurig verschillende vliegtuigen onderscheppen, waaronder vliegtuigen met vaste vleugels, binnen een straal van 2 kilometer en een luchtruim van 360 graden, binnen 5 meter. Het systeem was snel, nauwkeurig en vrij van nevenschade.
In 2015 gebruikte Lockheed Martin een 30 kW laserwapen met de naam Athena om een vrachtwagen op anderhalve kilometer afstand te vernietigen. In maart 2017 kondigde het bedrijf de voltooiing aan van het onderzoek naar en de ontwikkeling van een 60 kW laserwapensysteem en de verzending ervan naar het U.S. Army Command Center in Alaska. De hoofdtechnoloog van het bedrijf verklaarde dat de succesvolle tests ons dichter bij de ontwikkeling van draagbare laserwapensystemen brengen die kunnen worden ingezet op militaire vliegtuigen, helikopters, schepen en vrachtwagens. Het onderzoek heeft aangetoond dat de hoogenergetische richtlaser nu compact, licht en betrouwbaar genoeg is om te worden gebruikt voor verdediging op grond-, zee- en luchtplatforms.
Concluderend kan worden gesteld dat de ontwikkeling van de lasertechnologie laat zien dat fiberlasertechnologie de toekomstige richting is van lasers met hoog vermogen en hoge helderheid. De combinatie van golfgeleiderlasertechnologie en halfgeleiderlaserpomptechnologie leidt tot de creatie van vezellasers met hoog vermogen die kunnen voldoen aan de dringende vraag naar lasers met hoog vermogen en hoge efficiëntie voor geavanceerde laserproductie en militaire defensie.
Deze technologie is van groot strategisch belang voor zowel de nationale economie als de veiligheid. Bovendien hebben vezellasers met hoog vermogen een enorm toepassingspotentieel op verschillende gebieden, zoals energie-exploratie, grote wetenschappelijke apparaten, ruimtewetenschap, milieuwetenschap en meer. Het zal dienen als een krachtig hulpmiddel voor mensen om de wereld te begrijpen en vorm te geven.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO