Quais são as características dos lasers de fibra de alta potência?

Lasers de fibra de alta potênciatambém mostraram grande potencial de aplicação na exploração de energia, grandes dispositivos científicos, ciência espacial, ciência ambiental e outros campos, e se tornarão uma ferramenta poderosa para os seres humanos entenderem e transformarem o mundo.

As vantagens dos lasers de fibra de alta potência são as seguintes.

(1) A qualidade do feixe é boa. A estrutura do guia de onda da fibra determina que o laser de fibra é fácil de obter uma única saída de modo transversal e é menos afetado por fatores externos e pode alcançar uma saída de laser de alto brilho.

(2) Alta eficiência. Os lasers de fibra podem alcançar alta eficiência de conversão de luz para luz selecionando um laser semicondutor que corresponda ao comprimento de onda de emissão e às características de absorção de elementos de terras raras dopados como fonte de bomba. Para lasers de fibra de alta potência dopados com itérbio, geralmente são selecionados lasers semicondutores de 915 nm ou 975 nm. Devido à estrutura de nível de energia simples de Yb3 plus, fenômenos como up-conversion, absorção de estado excitado e extinção de concentração raramente ocorrem, e o tempo de vida da fluorescência é longo. A energia pode ser armazenada de forma eficaz para alcançar uma operação de alta potência. A eficiência eletro-óptica geral dos lasers de fibra comercial é de até 25 por cento, o que é favorável à redução de custos, economia de energia e proteção ambiental.

(3) Boas características de dissipação de calor. Os lasers de fibra usam fibras alongadas dopadas com elementos de terras raras como mídia de ganho de laser, que têm uma área de superfície muito grande em relação ao volume. É cerca de 1000 vezes maior que um laser de bloco sólido e tem uma vantagem natural na dissipação de calor. No caso de média e baixa potência, não é necessária nenhuma refrigeração especial da fibra óptica. No caso de alta potência, o resfriamento a água é usado para dissipar o calor, o que também pode evitar efetivamente a degradação da qualidade e eficiência do feixe causada por efeitos térmicos em lasers de estado sólido.

(4) Estrutura compacta e alta confiabilidade. Como o laser de fibra usa uma fibra pequena e macia como meio de ganho do laser, é benéfico comprimir o volume e economizar custos. A fonte da bomba também utiliza um laser semicondutor que é pequeno em tamanho e fácil de ser modularizado. Os produtos comerciais geralmente podem ser produzidos com tranças. Combinados com dispositivos de fibra óptica, como grades de Bragg de fibra, todos esses dispositivos podem ser totalmente de fibra óptica, desde que sejam fundidos entre si. Eles têm alta imunidade a distúrbios ambientais e alta estabilidade, o que pode economizar tempo e custos de manutenção.

Aplicações Típicas de Lasers de Fibra de Alta Potência

Devido às vantagens de boa qualidade do feixe, alta eficiência eletro-óptica, estrutura compacta e boa confiabilidade, os lasers de fibra têm excelente desempenho em todos os aspectos do processamento industrial, tratamento médico, sensoriamento remoto, segurança, pesquisa científica e outros campos.

No campo industrial, os lasers de fibra podem ser divididos em três níveis de acordo com a potência de saída: lasers de fibra de baixa potência (<50 watts), mainly used in microstructure processing, laser marking, resistance adjustment, precision drilling, metal engraving, etc.; medium-power fiber lasers (50-500 watts), mainly used in drilling, welding, cutting and surface treatment of thin metal plates; high-power fiber lasers (>1000 watts), usado principalmente no corte de chapas grossas de metal, revestimento de superfícies metálicas, processamento tridimensional de chapas especiais, etc. ambientes. A tecnologia de impressão 3D que surgiu nos últimos anos requer especialmente esse tipo de sistema a laser de alto brilho.

Na área médica, o comprimento de onda ideal do laser é de 1,3 mícron, que pode ser usado para diagnóstico por imagem; entre 1,5 mícrons (pico de absorção de água) e 4 mícrons podem ser usados ​​para cirurgia. Para aplicações médicas, a maior vantagem dos lasers de fibra é sua geometria compacta e flexível. Uma fonte de luz de comprimento de onda coerente curto com uma ampla faixa espectral e alta potência de saída é a chave para obter um sistema de tomografia de coerência óptica de alta velocidade e ultra-alta resolução. Lasers de fibra dopados com érbio e lasers de fibra Raman dopados com itérbio têm os requisitos típicos para tomografia de coerência óptica: pequeno e compacto, robusto, acessível, potência relativamente alta e alta resolução sem alinhamento óptico. Lasers de fibra dopados com érbio de alta potência e lasers de fibra dopados com túlio são adequados para aplicações médicas e cirúrgicas. Os pesquisadores descobriram que o laser não só pode cortar e coagular tecidos moles rapidamente, mas também tem função hemostática no comprimento de onda de 1,94 mícrons. E graças à excelente qualidade do feixe dos lasers de fibra, a cirurgia é realizada com alta precisão.

No campo do sensoriamento remoto, o comprimento de onda de saída de lasers de fibra de infravermelho médio, como lasers de fibra dopada com érbio e lasers de fibra dopada com túlio, está localizado na janela atmosférica, que pode passar pela atmosfera com baixa perda. Em particular, os lasers de fibra dopados com túlio são mais fáceis de obter saída de alta potência na faixa segura para os olhos e têm mais vantagens na amplificação de potência. Outra vantagem dos lasers de fibra é que eles são compactos e portáteis, o que ajudará a reduzir a carga em veículos de aviação ou aeroespaciais.

No campo da defesa nacional e assuntos militares, os lasers são amplamente utilizados na detecção de radar, comunicação segura, orientação e morte. Desde o nascimento do laser de fibra, ele se tornou uma fonte de luz candidata popular para a nova geração de armas a laser devido às suas vantagens únicas. A alta qualidade do feixe do laser de fibra é especialmente adequada para a transmissão a longa distância de mudas de energia. Comparado com outras fontes de luz, seu tamanho menor é propício para a alta mobilidade da plataforma de lançamento e melhora a adaptabilidade e capacidade de sobrevivência no campo de batalha. No campo de batalha no Afeganistão, o sistema de varredura de minas a laser "Zeus" da SPATA executou tarefas de varredura de minas. Desde 2009, a Marinha dos EUA tem usado repetidamente sistemas de laser de fibra para destruir veículos aéreos não tripulados, projéteis de artilharia e pequenos navios, e foi instalado em navios de guerra em 2014. Em 2012, Rheinmetall, um negociante de armas de defesa alemão, lançou um sistema de laser de tubo com potência de saída de 50 quilowatts, que interceptou e destruiu alvos como drones e projéteis de artilharia em experimentos de demonstração.

Arma laser

A arma a laser é uma espécie de novo conceito de arma que está se desenvolvendo rapidamente. As armas a laser emitem luz laser de alta energia para a superfície do alvo na velocidade da luz e danificam os principais dispositivos, como detecção fotoelétrica, navegação e orientação, ou tornam o alvo "cego, cego" ou queimam a casca do veículo para derrubá-lo ou detonar o combustível para fazê-lo explodir no ar, e a tarefa de dano pode ser concluída em pouco tempo. Desde o nascimento das armas a laser, seu desenvolvimento passou por muitos altos e baixos. A maturidade das tecnologias de laser de estado sólido, como os lasers de fibra, injetou um novo ímpeto no desenvolvimento de armas a laser e tornou-se o foco de pesquisa das principais potências militares. Atualmente, os Estados Unidos, o Reino Unido, a Rússia, a Alemanha, a Índia e outros países lançaram o desenvolvimento de armas a laser e realizaram testes relacionados. É ao virar da esquina que as armas a laser entrarão no campo de batalha.

A tecnologia de laser de fibra representa a direção de desenvolvimento do laser de alta potência e alto brilho. Ele integra organicamente a tecnologia de fibra de guia de onda e a tecnologia de bombeamento a laser semicondutor. Espera-se que o laser de fibra de alta potência com fibra óptica como transportadora atenda à demanda urgente por lasers de alta potência e alta eficiência nas áreas de fabricação avançada de laser e defesa militar no futuro. É uma tecnologia de ponta com importante significado estratégico para a economia nacional e segurança nacional. Os lasers de fibra de alta potência também mostraram grande potencial de aplicação na exploração de energia, grandes dispositivos científicos, ciência espacial, ciência ambiental e outros campos, e se tornarão uma ferramenta poderosa para os seres humanos entenderem e transformarem o mundo.

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