Khảo sát chế độ đơn mode laser sợi quang công suất cao dùng trong máy cắt kim loại công nghiệp
101 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.100.2024.98-105Từ khóa:
Laser sợi quang; Công suất cao; Đơn mode; Pha tạp đất hiếm; Pha tạp Yb3 .Tóm tắt
Laser sợi quang công suất cao đã chứng minh được tiềm năng lớn trong các lĩnh vực công nghiệp, y học, hàng không vũ trụ, quốc phòng và nhiều lĩnh vực khác. Sử dụng chế độ đơn mode sợi quang có các ưu thế như chất lượng chùm tia tốt, công suất cao, độ ổn định và hiệu quả cao. Do vậy, laser sợi quang công suất cao chế độ đơn mode đang được ứng dụng trong việc chế tạo và gia công các chi tiết tinh vi. Sợi quang hoạt tính pha tạp đất hiếm ytterbium (Yb3+) được sử dụng làm môi trường khuếch đại chủ yếu và tạo ra những nguồn phát laser có công suất >200W hiện nay. Mục đích của bài báo này là mô phỏng phân bố cường độ mode LP sợi quang chế độ đơn mode, phân tích các thông số ảnh hưởng đến công suất đầu ra của laser sợi quang công suất cao như chiết suất, đường kính lõi, độ dài sợi quang, sơ đồ bơm, chất lượng chùm tia M2. Từ đó lựa chọn các đặc tính tối ưu cho sợi quang chế độ đơn mode trong ứng dụng máy laser cắt kim loại chuyên dụng.
Tài liệu tham khảo
[1]. T. Muangpool, S. Pullteap, "Reviews on laser cutting technology for industrial applications," Proc. SPIE 10714, Third International Conference on Photonics Solutions (ICPS2017), 107140Q (2018); doi: 10.1117/12.2300955. DOI: https://doi.org/10.1117/12.2300955
[2]. Shi, Wei; Fang, Qiang; Zhu, Xiushan; Norwood, R. A.; Peyghambarian, N. “Fiber lasers and their applications”. Applied Optics, 53(28), 6554, (2014). doi:10.1364/AO.53.006554. DOI: https://doi.org/10.1364/AO.53.006554
[3]. Atasi Pal, Anirban Dhar, Shyamal Das, Shu Ying Chen, Tong Sun, Ranjan Sen, and Kenneth T V Grattan, "Ytterbium-sensitized Thulium-doped fiber laser in the near-IR with 980 nm pumping," Opt. Express 18, 5068-5074, (2010). DOI: https://doi.org/10.1364/OE.18.005068
[4]. Mario Christian Falconi, Dario Laneve, Vincenza Portosi, Stefano Taccheo, and Francesco Pru-denzano, "Design of a Multi-Wavelength Fiber Laser Based on Tm:Er:Yb:Ho Co-Doped Ger-manate Glass," J. Lightwave Technol. 38, 2406-2413, (2020) DOI: https://doi.org/10.1109/JLT.2020.2966999
[5]. Dutta, Arpan. "Mode analysis of different step index optical fibers at 1064 nm for high power fiber laser and amplifier.", (2019). DOI: https://doi.org/10.31219/osf.io/5bja7
[6]. Shima, Kensuke, Shinya Ikoma, Keisuke Uchiyama, Yuya Takubo, Masahiro Kashiwagi, and Daiichiro Tanaka. "5-kW single stage all-fiber Yb-doped single-mode fiber laser for materials processing." In Fiber Lasers XV: Technology and Systems, vol. 10512, pp. 45-50. SPIE, (2018).
[7]. Glebov, Alexei L.; Leisher, Paul O.; Brochu, G.; Villeneuve, A.; Faucher, M.; Morin, M.; Trépa-nier, F.; Dionne, R. “Components and Packaging for Laser Systems III - SRS modeling in high power CW fiber lasers for component optimization”, SPIE Proceedings, 10085, (2017), doi:10.1117/12.2248336. DOI: https://doi.org/10.1117/12.2248336
[8]. Gomez-Castellanos, Ivan, and Ramon M. Rodriguez-Dagnino. "Intensity distributions and cutoff frequencies of linearly polarized modes for a step-index elliptical optical fiber." Optical Engi-neering 46, no. 4: 045003-045003, (2007). DOI: https://doi.org/10.1117/1.2719698
[9]. Mohammed, Shaymaa R., Rong Z. Chen, Khalil I. Hajim, and Kevin P. Chen. "Writing of a Bragg Grating on a D-shaped Optical Fiber Using the KrF Excimer Laser." Iraqi Journal of Laser 13, no. A: 37-42, (2014).
[10]. Erdogan, Turan. "Fiber grating spectra." Journal of lightwave technology 15, no. 8: 1277-1294, (1997). DOI: https://doi.org/10.1109/50.618322
[11]. Kude, Vivek P., and R. S. Khairnar. "Fabrication and numerical evaluation of the tapered single mode optical fiber: Detection of change in refractive index." (2008).
[12]. OS2 9/125 Single Mode. https://www.fs.com/sg/c/os2-9-125-single-mode-897
[13]. Balac, Stéphane. "Simulation of rare-earth-doped high-power fiber-lasers using Matlab BVP solver." (2022).
[14]. Zervas, Michalis N., and Christophe A. Codemard. "High power fiber lasers: a review." IEEE Journal of selected topics in Quantum Electronics 20, no. 5: 219-241, (2014). DOI: https://doi.org/10.1109/JSTQE.2014.2321279
[15]. Kelson, Ido, and Amos A. Hardy. "Strongly pumped fiber lasers." IEEE Journal of Quantum Elec-tronics 34, no. 9: 1570-1577, (1998). DOI: https://doi.org/10.1109/3.709573
[16]. Y. Jeong, A. J. Boyland, J. K. Sahu, S. Chung, J. Nilsson, and D. N. Payne, “Multi-kilowatt single-mode Ytterbium-doped large core fiber laser,” J. Opt. Soc. Korea, vol. 13, pp. 416–422, (2009). DOI: https://doi.org/10.3807/JOSK.2009.13.4.416
