Kodėl lazerio galia mažėja?

Lazerio galios silpnėjimas yra dažnas reiškinys, kurį paprastai lemia įvairūs veiksniai. Šias priežastis galima suskirstyti į dvi plačias kategorijas: neišvengiamą vidinį silpninimą ir išorinius veiksnius, kuriuos galima sulėtinti arba išvengti. Toliau pateikiamos pagrindinės lazerio galios silpnėjimo priežastys, išdėstytos nuo pirminės iki antrinės:

Lazerio šerdies komponentų senėjimas ir pažeidimai (būdingas silpninimas)

Tai yra pagrindinė galios mažėjimo priežastis, ypač didelės galios lazeriams.

1. Siurblio šaltinio slopinimas (pavyzdys – puslaidininkinis lazeris LD)

Veikimo principas:LD yra daugumos kietojo kūno lazerių ir skaidulinių lazerių „variklis“.

Silpninimo mechanizmas:

Defektų augimas: LD mikroschemos viduje esantys gardelės defektai toliau augs ir daugės veikiant ilgalaikiam elektriniam ir šiluminiam įtempiui, todėl padidės nespinduliuojanti rekombinacija ir sumažės elektrooptinio konversijos efektyvumas.

Optinis katastrofiškas ertmės paviršiaus pažeidimas:Esant itin dideliam galios tankiui, maži teršalai ar išėjimo ertmės paviršiaus defektai sugers lazerio šviesą, sukeldami vietinį įkaitimą ir ertmės paviršiaus lydymąsi, o tai yra negrįžtamas lavinos procesas.

Elektrodo metalizacijos degradacija:Elektrodo ir puslaidininkinės medžiagos sąlytis aukštoje temperatūroje vyks tarpmetalinės difuzijos ir oksidacijos būdu, dėl to padidės kontaktinis pasipriešinimas ir padidės kaitinimas.

Našumas:Siurblio šaltinio slenkstinė srovė palaipsniui didės, o nuolydžio efektyvumas mažės, todėl sumažės išėjimo galia.

2. Padidinkite vidutinį našumo pablogėjimą

Kietojo/pluošto lazeriai (pvz., YAG, YV04 kristalai, Yb/Er legiruotas pluoštas):

Spalvų centro formavimas:Ilgalaikio siurblio šviesos (ypač ultra

(pvz., ravioletiniai komponentai), kristalo arba stiklo pluošto viduje bus sugeneruoti „spalvų centrai“ (absorbcijos centrai). Šie spalvų branduoliai sugeria siurblio šviesą ir generuojamą lazerio šviesą, paversdami ją šilumos energija, o ne panaudodami ją stimuliuojamai spinduliuotei.

Terminio lęšio poveikis ir terminio įtempio pažeidimai:Nors pats terminio lęšio efektas yra grįžtamas, ilgalaikis, stiprus temperatūros ciklas ir terminis įtempis gali sukelti kristalo mikroįtrūkimus, negrįžtamus lūžio rodiklio pokyčius arba pluošto patamsėjimą.

Dujų lazeris (pvz., CO2 lazeris):Dujų mišinys palaipsniui skaidysis, jį adsorbuos elektrodas arba jis reaguos su vamzdžio vidinės sienelės medžiaga, dėl to sutriks darbinių dujų santykis ir sumažės stiprinimo koeficientas.

3. Optinio elemento pažeidimas

Rezonansinis ertmės lęšis/langas:Visas veidrodis, išvesties veidrodis ir langas lazerio viduje yra vietos, kuriose labiausiai sutelkta galia.

Filmo pažeidimai:Didelės energijos lazeris sukurs lęšį ant antirefleksinės plėvelės arba didelės antirefleksinės plėvelės abliacijos, įtrūkimo arba nuplėšimo.

Tarša:Aplinkoje esančios mažos organinės medžiagos (pvz., alyvos garai) prilips prie lęšio paviršiaus, lazerio veikiamos karbonizuos ir sudarys nuolatinį sugerties tašką, kuris dar labiau pažeis lęšio paviršių.

Medžiagos absorbcija:Net ir aukštos kokybės optinės medžiagos pasižymi maža lazerio šviesos absorbcija tam tikru bangos ilgiu. Ilgalaikis poveikis gali lemti lėtus medžiagos savybių pokyčius.

Išorinės naudojimo sąlygos ir netinkamas veikimas

Šie veiksniai gali žymiai pagreitinti aukščiau aprašytų pagrindinių komponentų senėjimo procesą.

1. Šilumos valdymo sutrikimas

Aušinimo sistemos efektyvumas sumažėja:Aušinimo vandens kokybė pablogėja, dėl to vandens kelias užsikemša ir užsikemša; vandens aušintuvo gedimas sukelia nestabilią arba per aukštą vandens temperatūrą; ventiliatoriaus dulkių nusėdimas sutrikdo šilumos išsklaidymą.

Pasekmės:Padidėjus lazerio veikimo temperatūrai, labai paspartės visų puslaidininkių ir optinių komponentų senėjimo greitis. LD atveju, lazerio tarnavimo laikas gali sutrumpėti perpus kas 10 °C padidėjus sandūros temperatūrai (remiantis Arrhenius modeliu).

2. Darbo aplinka ir tarša

Dulkės ir teršalai:Į lazerį patenka dulkės, dūmai, alyva ir kt., kurios užteršia optinį paviršių ir grandinę, sukeldamos vietinę šilumos absorbciją, trumpąjį jungimą arba lanką.

Vibracija ir smūgiai:Dėl nestabilaus montavimo pagrindo arba išorinės vibracijos optinių komponentų išlyginimas gali nukrypti nuo optimalios būsenos, sumažėti išėjimo efektyvumas, o sunkiais atvejais gali atsilaisvinti mechaninė konstrukcija.

Drėgmė:Dėl per didelės drėgmės ant lęšio paviršiaus susidarys kondensatas, dėl kurio lazerio spinduliuotė gali lengvai sukelti plėvelės plyšimą. Be to, drėgmė gali sukelti elektroninių komponentų koroziją.

3. Netinkamas veikimo režimas

Dažnas staigus perjungimas:Dažnas momentinis lazerio įjungimas ir išjungimas sukels didžiulį elektrinį ir šiluminį poveikį siurblio šaltiniui ir maitinimo sistemai, sutrumpindamas jo tarnavimo laiką.

Ilgalaikis veikimas esant ribiniams parametrams:Leiskite lazeriui toliau veikti daugiau nei 90 % nominalios maksimalios galios arba netgi perkrauti, nes tai padidins jo pagrindinių komponentų apkrovą ir pagreitins senėjimą.

Neatitikimai kroviniuose:Kai kurių tipų lazeriams apkrovos ir atspindžio neatitikimas gali sukelti dalies energijos atspindėjimą atgal į ertmę, sukeldamas nestabilumą ar net pažeidimus.

Energijos ir valdymo sistemų pablogėjimas

Pavaros maitinimo šaltinio našumas pablogėja:Maitinimo šaltinio išėjimo srovės / įtampos stabilumas pablogėja, padidėja pulsacija, dėl kurios negali būti užtikrintas stabilus ir grynas siurblio šaltinio veikimas, o tai turi įtakos jo išėjimo našumui ir tarnavimo laikui.

Valdymo grandinės senėjimas:Kondensatorių, rezistorių ir kitų komponentų parametrai kinta laikui bėgant ir kintant temperatūrai, todėl sumažėja valdymo sistemos tikslumas.

Santrauka ir prevencinės priemonės

Lazerio galios mažėjimas yra procesas, kurio negalima visiškai išvengti, tačiau jį galima veiksmingai valdyti ir sulėtinti.

Siekiant kuo labiau atitolinti galios mažėjimą ir išlaikyti stabilų lazerio veikimą, rekomenduojama:

1. Užtikrinti puikią darbo aplinką:palaikyti švarą, pastovią temperatūrą, žemą drėgmę, be vibracijos.

2. Užtikrinti efektyvų šilumos valdymą:reguliariai prižiūrėkite aušinimo sistemą, kad užtikrintumėte vandens kokybę ir srautą.

3. Laikykitės standartinio veikimo proceso:venkite dažno perjungimo ir ilgalaikio naudojimo ekstremaliomis sąlygomis.

4. Reguliariai atlikite profilaktinę priežiūrą:Reguliariai tikrinkite optinius komponentus, valykite optinį kelią ir keiskite eksploatacines medžiagas (pvz., dujų ir filtrų elementus) pagal gamintojo reikalavimus.

5. Naudokite stabilų maitinimo šaltinį:Įsitikinkite, kad maitinimo įtampa yra stabili, ir prireikus naudokite įtampos stabilizatorių.

Suprasdami šiuos slopinimo mechanizmus ir imdamiesi tinkamų atsargumo priemonių, lazerio tarnavimo laiką galima gerokai pailginti, o išėjimo našumas per visą gyvavimo ciklą yra stabilesnis.