Чаму змяншаецца магутнасць лазера?

Зніжэнне магутнасці лазера — распаўсюджаная з'ява, якая звычайна з'яўляецца вынікам розных фактараў. Гэтыя прычыны можна падзяліць на дзве шырокія катэгорыі: непазбежнае ўласцівае знішчэнне і знешнія фактары, якія можна запаволіць або пазбегнуць. Ніжэй прыведзены асноўныя прычыны зніжэння магутнасці лазера, размешчаныя ад першаснай да другаснай:

Старэнне і пашкоджанне (уласцівае згасанне) кампанентаў лазернага стрыжня

Гэта асноўная прычына зніжэння магутнасці, асабліва для лазераў высокай магутнасці.

1. Згасанне крыніцы накачкі (на прыкладзе паўправадніковага лазера LD)

Прынцып працы:ЛД — гэта «рухавік» большасці цвёрдацельных лазераў і валаконных лазераў.

Механізм аслаблення:

Рост дэфектаў: ​​Дэфекты рашоткі ўнутры LD-чыпа будуць працягваць расці і размнажацца пры працяглым электрычным і цеплавым уздзеянні, што прывядзе да павелічэння невыпраменьвальнай рэкамбінацыі і зніжэння эфектыўнасці электрааптычнага пераўтварэння.

Аптычнае катастрафічнае пашкоджанне паверхні паражніны:Пры надзвычай высокай шчыльнасці магутнасці нязначныя забруджванні або дэфекты паверхні выходнага рэзанатара будуць паглынаць лазернае святло, выклікаючы лакальны нагрэў і плаўленне паверхні рэзанатара, што з'яўляецца незваротным лавінным працэсам.

Дэградацыя металізацыі электродаў:Кантакт паміж электродам і паўправадніковым матэрыялам будзе падвяргацца міжметалічнай дыфузіі і акісленню пры высокай тэмпературы, што прывядзе да павелічэння кантактнага супраціўлення і больш сур'ёзнага нагрэву.

Прадукцыйнасць:Парогавы ток крыніцы накачкі будзе паступова павялічвацца, а эфектыўнасць нахілу будзе змяншацца, што прывядзе да зніжэння выходнай магутнасці.

2. Пагаршэнне прадукцыйнасці сярэдняга ўзроўню

Цвёрдацельныя/валаконныя лазеры (напрыклад, крышталі YAG, YV04, легаванае валакно Yb/Er):

Фарміраванне каляровага цэнтра:Пры працяглым апраменьванні святлом накачкі (асабліва ультрафіялетавым

(фіялетавыя кампаненты), унутры крышталя або шклянога валакна будуць генеравацца «цэнтры колеру» (цэнтры паглынання). Гэтыя каляровыя ядры паглынаюць святло накачкі і згенераванае лазернае святло, пераўтвараючы яго ў цеплавую энергію замест таго, каб выкарыстоўваць яго для вымушанага выпраменьвання.

Эфект цеплавой лінзы і пашкоджанне ад тэрмічнага напружання:Нягледзячы на ​​тое, што сам эфект цеплавой лінзы з'яўляецца зварачальным, працяглыя, моцныя цыклічныя змены тэмпературы і цеплавое напружанне могуць выклікаць мікратрэшчыны ў крышталі, незваротныя змены паказчыка праламлення або пацямненне валакна.

Газавы лазер (напрыклад, CO2-лазер):Газавая сумесь будзе паступова раскладацца, адсарбуецца электродам або рэагаваць з матэрыялам унутранай сценкі трубкі, што прывядзе да дысбалансу рабочага газавага суадносін і зніжэння каэфіцыента ўзмацнення.

3. Пашкоджанне аптычнага элемента

Рэзанансная лінза/акно:Поўнае люстэрка, выходнае люстэрка і акно ўнутры лазера — гэта месцы, дзе магутнасць найбольш сканцэнтравана.

Пашкоджанне плёнкі:Высокаэнергетычны лазер прывядзе да таго, што лінза на антыблікавай плёнцы або высокая антыблікавая абляцыя, расколіны або выключэнне.

Забруджванне:Дробныя арганічныя рэчывы ў навакольным асяроддзі (напрыклад, пары алею) будуць прыліпаць да паверхні лінзы, карбанізуючыся пад дзеяннем лазера, утвараючы пастаянную кропку паглынання, выклікаючы далейшае пашкоджанне.

Паглынанне матэрыялу:Нават высакаякасныя аптычныя матэрыялы маюць невялікае ўнутранае паглынанне лазернага святла на пэўнай даўжыні хвалі. Доўгатэрміновае ўздзеянне можа прывесці да павольных змен уласцівасцей матэрыялу.

Знешнія ўмовы выкарыстання і няправільная эксплуатацыя

Гэтыя фактары могуць значна паскорыць працэс старэння асноўных кампанентаў, апісаных вышэй.

1. Збой цеплавога кіравання

Эфектыўнасць сістэмы астуджэння зніжаецца:якасць астуджальнай вады пагаршаецца і прыводзіць да ўтварэння накіпу і закаркавання воднага шляху; няспраўнасць вадзянога ахаладжальніка прыводзіць да нестабільнай або занадта высокай тэмпературы вады; адклад пылу вентылятарам прыводзіць да дрэннага адводу цяпла.

Наступствы:Павелічэнне працоўнай тэмпературы лазера значна паскарае хуткасць старэння ўсіх паўправаднікоў і аптычных кампанентаў. Для ЛД тэрмін службы можа скарачацца ўдвая на кожныя 10°C павышэння тэмпературы пераходу (згодна з мадэллю Арэніуса).

2. Працоўнае асяроддзе і забруджванне

Пыл і забруджвальныя рэчывы:Пыл, дым, алей і г.д. з паветра трапляюць у лазер, забруджваючы аптычную паверхню і схему, выклікаючы лакальнае паглынанне цяпла, кароткае замыканне або дугу.

Вібрацыя і ўдары:Няўстойлівая падстава для ўстаноўкі або знешняя вібрацыя прывядуць да адхілення аптычных кампанентаў ад аптымальнага стану, зніжэння эфектыўнасці выхаднога сігналу і, у цяжкіх выпадках, да расхіствання механічнай канструкцыі.

Вільготнасць:Залішняя вільготнасць прывядзе да кандэнсацыі на паверхні лінзы, што можа лёгка прывесці да разрыву плёнкі пад уздзеяннем лазернага выпраменьвання. Адначасова вільготнасць можа выклікаць карозію электронных кампанентаў.

3. Няправільны рэжым працы

Частае жорсткае пераключэнне:Частае імгненнае ўключэнне і выключэнне лазера на поўную магутнасць будзе мець велізарны электрычны і цеплавы ўплыў на крыніцу накачкі і сістэму харчавання, скарачаючы тэрмін яго службы.

Доўгатэрміновая эксплуатацыя пры гранічна дапушчальных параметрах:Дазвольце лазеру працягваць працаваць з магутнасцю больш за 90% ад намінальнай максімальнай або нават перагрузіць яго асноўныя кампаненты, што прывядзе да высокага напружання і паскорыць старэнне.

Несупадаючыя нагрузкі:Для некаторых тыпаў лазераў неадпаведнасць нагрузкі і адбівальнай здольнасці можа прывесці да адлюстравання часткі энергіі назад у рэзанатар, што прывядзе да нестабільнасці або нават пашкоджання.

Дэградацыя сістэм харчавання і кіравання

Прадукцыйнасць блока харчавання прывада пагаршаецца:Стабільнасць выходнага току/напружання крыніцы харчавання пагаршаецца, а пульсацыі павялічваюцца, што не дазваляе забяспечыць стабільнае і чыстае прывад крыніцы помпы, уплываючы на ​​яе выходную прадукцыйнасць і тэрмін службы.

Старэнне схемы кіравання:Параметры кандэнсатараў, рэзістараў і іншых кампанентаў змяняюцца з часам і тэмпературай, што прыводзіць да зніжэння дакладнасці сістэмы кіравання.

Кароткі змест і прафілактычныя меры

Зніжэнне магутнасці лазера — гэта працэс, якога нельга цалкам пазбегнуць, але ім можна эфектыўна кіраваць і запаволіць яго.

Каб максімальна запаволіць зніжэнне магутнасці і падтрымліваць стабільную працу лазера, рэкамендуецца:

1. Забяспечыць выдатныя ўмовы працы:падтрымлівайце чысціню, пастаянную тэмпературу, нізкую вільготнасць, адсутнасць вібрацыі.

2. Забяспечце эфектыўнае кіраванне тэмпературай:рэгулярна абслугоўвайце сістэму астуджэння, каб забяспечыць якасць і паток вады.

3. Выканайце стандартны працэс аперацыі:пазбягайце частых пераключэнняў і працяглай працы ў экстрэмальных умовах.

4. Рэгулярна праводзьце прафілактычнае абслугоўванне:рэгулярна правярайце аптычныя кампаненты, чысціце аптычны шлях і замяняйце расходныя матэрыялы (напрыклад, газавыя і фільтруючыя элементы) у адпаведнасці з патрабаваннямі вытворцы.

5. Выкарыстоўвайце стабільную крыніцу харчавання:пераканайцеся, што напружанне крыніцы харчавання стабільнае, і пры неабходнасці выкарыстоўвайце стабілізатар напружання.

Разумеючы гэтыя механізмы аслаблення і прымаючы адпаведныя меры засцярогі, можна значна падоўжыць тэрмін службы лазера, а выходныя характарыстыкі на працягу ўсяго тэрміну службы будуць больш стабільнымі.