ليزر NdYAG المضبوط ذو الطاقة العالية المضغوطة

نبذة مختصرة

  نقدم ليزر ديود Nd: YAG مدمج ومضغوط في النهاية لمعالجة المواد بقدرة خرج 238 واط ، وفعالية بصرية إلى بصرية بنسبة 48٪ وعيار منحدر قدره 60٪. هذا هو إلى أقصى حد من معرفتنا أعلى كفاءة بصرية ل Nd: YAG الليزر عالية الطاقة نهاية ضخها.

  1 المقدمة

  في العديد من مجالات معالجة المواد يتم استخدام مصادر ليزر عالية الطاقة. يتيح تصميم الليزر المدمج استخدام حزمة الليزر المجانية الانتشار بدلاً من إعداد التسليم. خاصة بالنسبة لأنظمة قطع الزجاج الأوتوماتيكية المدمجة ، يلزم توافر مصادر ليزر في نطاق قدرة يتراوح بين 200 إلى 300 واط. نقدم تصميم ليزر ضليع ذو نهاية نهائية مدمجة مع طاقة خرج تبلغ 238 وات وحجم أقل من 30 × 12 سم 2.

  2. مفهوم الليزر

  من أجل تحقيق طاقة خرج عالية ذات كفاءة عالية ، تم تطوير رأس ليزر يتم ضخه في النهاية مع قضيب ليزر Nd: YAG مركب ، انظر الشكل 1 أ. كان قضيب Nd: YAG مركب بقطر 5 مم مع أغطية نهاية غير محسوبة 7 مم ومنطقة منخفضة 40 مم مع تركيز 0.1٪ على المنشطات. يمكن أن تكون المنطقة المفلوطة الكاملة مبردة بالماء بكفاءة على سطح القضبان ، وبالتالي يتم تقليل درجة الحرارة القصوى والإجهاد السطحي على قضيب الليزر بشكل كبير بسبب المناطق غير المحصورة [1،2]. تم استخدام مكدس شريط الصمام الثنائي (Jenoptik Laserdiode ، JOLD-400-CAXH-12A) مع أقصى قدر من الطاقة الخارجة عن 500 واط في تركيز 4.3 × 3.2 مم 2 مع فتحة عددي من NA ¼ 0.42 كمصدر مضخة. تم تشكيل مرنان بطول 80 مم بواسطة مرآة مضخة طائرة عالية الفعالية لـ 1064 نانومتر وناقل للغاية لإشعاع المضخة 808 نانومتر وموصل خرج مستوي. حجم البصمة لرأس الليزر بالكامل هو 30 × 12 سم 2 و 10 سم فقط في الارتفاع.

  كان سطح القضيب مصقولًا ، وبالتالي كان القضيب بمثابة موجه موجي لضوء المضخة بسبب إعادة التنظيم الكلي بسبب اختلافات مؤشرات الانكسار في YAG ومياه التبريد المحيطة. من أجل سلاسة توزيع درجة الحرارة الطولي في بلورة الليزر تم تطبيق تمرير مزدوج لمضخة الضوء باستخدام طلاء عالي الفعالية في جانب القضيب المقابل لمصدر المضخة. تم حساب توزيع درجة الحرارة الطولي لـ 0.1٪ في التمريرات المزدوجة و 0.2٪ عند الامتصاص المفرد [3]. إن التدرج المحسوب لدرجات الحرارة لمرور التمرير المزدوج هو 47 K ولتمرير المرور المفرد 156 K. وتبين النتائج أن انخفاض درجات الحرارة عند نفس القدرة الممتصة يمكن تحقيقه ضمن عملية التمرير المزدوجة.

3. النتائج التجريبية

  ﻓﻲ اﻟﺗﺟﺎرب اﻷوﻟﯽ ، ﺗم ﺗﺣﻘق ﻋﻣﻟﯾﺔ إرﺳﺎل ﻗﺎرﻧﺔ اﻟﻣﺧرج اﻟﻣﺛﺎﻟﯾﺔ ، اﻧظر اﻟﺷﮐل 2 أ. وبفضل نقل قارنة الإخراج بنسبة 18٪ ، تم تحقيق أقصى طاقة خرج تبلغ 238 وات مع كفاءة بصرية إلى بصرية تبلغ 48٪ و 60٪ من انحدار المنحدر ، الشكل 2 ب. هذا هو إلى حد بعيد من معرفتنا أعلى قوة خرج و منحدر كفاءة من أجل ليزر أحادي الاتجاه و دايود مضغوط في النهاية: YAG. لقياس الحزمة الشعاعية للنظام تم استخدام كاميرا CCD. أظهر شعاع الليزر pro-leam شكل مستطيل كما كان متوقعًا بسبب شكل المضخة المستطيلة. كان منتج معلمة الحزمة المقدرة M2 80. بالنسبة لتطبيقات قطع الزجاج ، فإن جودة الحزمة مناسبة ، ولكن مع ذلك يمكن تحسين جودة الحزمة مع تحسين شكل بقعة المضخة. ولذلك ، فمن المستحسن استخدام قضيب زجاجي كمجانس [3] لتحقيق بقعة مضخة دائرية وبالتالي شعاع ليزر أكثر دائرية.

  بالنسبة إلى التجويف الخطي كما هو موضح في الشكل 1 أ ، توجد قوة مضخة حرجة تؤدي عندها العدسة الحرارية المتزايدة إلى جعل تجويف الليزر غير مستقر. لتقييم خصائص العدسة الحرارية للنظام ، تم قياس طاقة المخرجات لمسارات مختلفة L من قارنة الإخراج إلى قضيب الليزر. لذلك ، يمكن تحديد قوة المضخة الحرجة لطول تجويف معين عند النقطة التي يصبح فيها الليزر غير مستقر. من أجل تحديد البعد البؤري للعدسة الحرارية ، تم استخدام الشكلية لـ ABCD Matrix [4،5]. تم قياس القدرة الديوبتارية لكل قوة مضخة مطلقة لتكون 7 dpt / kW. تعطي حسابات العدسات الحرارية النظرية [6] لقضيب ليزري نهائي الضخ بقطر 5 مم وحجم بقعة مضخة بقطر 4 مم قيمة 7.6 و 8.5 dpt / kW لاتجاهات استقطاب عرضية وقطرية على التوالي. هذا هو في اتفاق جيد مع القيمة التي تم قياسها. لاحظ أن الدقة في تحديد الحمل الحراري كانت محدودة بسبب دقة القياس ، وعدم اليقين لقيم النموذج والخطأ الذي أدخله اعتماد درجة حرارة الموصلية الحرارية التي لم يتم النظر فيها. لذلك ، يقدر الخطأ المنهجي بأنه 718٪ من قيمة الحمل الحراري [7].

  4. الخلاصة

قدمنا ​​مصدرا صغيرا Nd: YAG بالليزر ونهاية المضخة ، مع طاقة خرج 238 واط ، وفعالية منحدر 60٪ ، وفعالية بصرية إلى 48٪. أظهر شعاع الحزمة من النظام شكل مستطيل والذي هو نتيجة لتركيز ضوء المضخة. يمكن تحسين pro-le باستخدام مضلع شعاع مضخة. وعلاوة على ذلك قدمنا ​​قيمة الطاقة ديوبترريك للتصميم (7 dpt / kW) التي كانت في اتفاق جيد مع الحسابات النظرية.