Зошто се намалува моќноста на ласерот?

Слабеењето на моќноста на ласерот е честа појава, која обично е резултат на различни фактори. Овие причини можат да се поделат во две широки категории: неизбежно вродено слабеење и надворешни фактори кои можат да се забават или избегнат. Следните се главните причини за намалување на моќноста на ласерот, подредени од примарна до секундарна:

Стареење и оштетување (вродено слабеење) на компонентите на ласерското јадро

Ова е основната причина за намалување на моќноста, особено за ласери со голема моќност.

1. Слабеење на изворот на пумпата (земајќи го полупроводничкиот ласер LD како пример)

Принцип на работа:LD е „моторот“ на повеќето ласери во цврста состојба и фибер ласери.

Механизам на слабеење:

Раст на дефекти: Дефектите на решетката во LD чипот ќе продолжат да растат и да се размножуваат под долгорочен електричен и термички стрес, што резултира со зголемување на незрачната рекомбинација и намалување на ефикасноста на електрооптичката конверзија.

Оптичко катастрофално оштетување на површината на празнината:Под екстремно висока густина на моќност, мало загадување или дефекти на површината на излезната празнина ќе ја апсорбираат ласерската светлина, предизвикувајќи локално загревање и топење на површината на празнината, што е неповратен процес на лавина.

Деградација на метализацијата на електродата:Контактот помеѓу електродата и полупроводничкиот материјал ќе претрпи интерметална дифузија и оксидација на висока температура, што резултира со зголемена отпорност на контакт и посериозно загревање.

Перформанси:Прагот на струјата на изворот на пумпата постепено ќе се зголемува, а ефикасноста на наклонот ќе се намали, што ќе резултира со намалување на излезната моќност.

2. Добијте средно влошување на перформансите

Ласери со цврсти/влакнести влакна (на пр. YAG, кристали YV04, влакна допирани со Yb/Er):

Формирање на центар на боја:Под долготрајно зрачење од светлината на пумпата (особено улт

равиолети), „центри за боја“ (центри за апсорпција) ќе се генерираат во кристалот или стаклено влакно. Овие јадра во боја ја апсорбираат пумпата светлина и генерираната ласерска светлина, претворајќи ја во топлинска енергија наместо да се користи за стимулирано зрачење.

Термички ефект на леќа и оштетување од термички стрес:Иако самиот ефект на термичката леќа е реверзибилен, долготрајните, тешки температурни циклуси и термичкиот стрес можат да предизвикаат микропукнатини во кристалот, трајни промени во индексот на прекршување или затемнување на влакното.

Гасен ласер (како што е cO2 ласер):Гасната смеса постепено ќе се распаѓа, ќе биде адсорбирана од електродата или ќе реагира со материјалот на внатрешниот ѕид на цевката, што ќе резултира со нерамнотежа на односот на работниот гас и намалување на засилувањето.

3. Оштетување на оптичкиот елемент

Резонантна шуплина на леќа/прозорец:Целосното огледало, излезното огледало и прозорецот во внатрешноста на ласерот се местата каде што моќноста е најконцентрирана.

Оштетување на филмот:Високоенергетскиот ласер ќе предизвика леќата да се напукне или исклучи на антирефлексниот филм или на аблацијата со висок антирефлексен филм.

Загадување:Малите органски материи во околината (како што е маслената пареа) ќе се залепат на површината на леќата, карбонизирани под дејство на ласерот, формирајќи трајна точка на апсорпција, предизвикувајќи понатамошно оштетување.

Апсорпција на материјал:Дури и висококвалитетните оптички материјали имаат мала внатрешна апсорпција на ласерската светлина на одредена бранова должина. Долгорочните ефекти можат да доведат до бавни промени во својствата на материјалот.

Надворешни услови на употреба и неправилно работење

Овие фактори можат значително да го забрзаат процесот на стареење на основните компоненти опишани погоре.

1. Неуспех во термичкото управување

Ефикасноста на системот за ладење се намалува:Квалитетот на водата за ладење се влошува и предизвикува создавање бигор и блокирање на водоводниот пат; дефектот на ладилникот за вода предизвикува температурата на водата да биде нестабилна или превисока; таложењето прашина од вентилаторот предизвикува слаба дисипација на топлината.

Последици:Зголемувањето на работната температура на ласерот значително ќе ја забрза стапката на стареење на сите полупроводници и оптички компоненти. За LD, животниот век може да се намали за половина за секои 10°C зголемување на температурата на спојот (според моделот на Арениус).

2. Работна средина и загадување

Прашина и загадувачи:Прашина, чад, масло итн. во воздухот влегуваат во ласерот, што ќе ја загади оптичката површина и колото, предизвикувајќи локална апсорпција на топлина, краток спој или лак.

Вибрации и шок:Нестабилната основа на инсталацијата или надворешните вибрации ќе предизвикаат отстапување на порамнувањето на оптичките компоненти од оптималната состојба, намалување на излезната ефикасност и може да предизвика олабавување на механичката структура во тешки случаи.

Влажност:Прекумерната влажност ќе предизвика кондензација на површината на леќата, што лесно може да предизвика пукање на филмот под ласерско зрачење. Во исто време, влажноста може да ги кородира и електронските компоненти.

3. Неправилен режим на работа

Често нагло префрлување:Честото моментално целосно вклучување и исклучување на ласерот ќе предизвика огромно електрично и термичко влијание врз изворот на пумпата и системот за напојување, скратувајќи го нејзиниот век на траење.

Долгорочно работење под граничните параметри:Нека ласерот продолжи да работи со повеќе од 90% од номиналната максимална моќност или дури и преоптоварување, што ќе ги направи неговите основни компоненти во состојба на висок стрес и ќе го забрза стареењето.

Несовпаѓачки товари:Кај некои типови ласери, несовпаѓањето помеѓу оптоварувањето и рефлективноста може да предизвика дел од енергијата да се рефлектира назад во шуплината, предизвикувајќи нестабилност или дури и оштетување.

Деградација на системите за напојување и контрола

Перформансите на напојувањето на погонот се влошуваат:Стабилноста на излезната струја/напон на напојувањето се влошува, а бранувањата се зголемуваат, што не може да обезбеди стабилен и чист погон за изворот на пумпата, влијаејќи на нејзините излезни перформанси и век на траење.

Стареење на контролното коло:Параметрите на кондензаторите, отпорниците и другите компоненти се менуваат со текот на времето и температурата, што резултира со намалување на точноста на контролниот систем.

Резиме и превентивни мерки

Опаѓањето на моќноста на ласерот е процес кој не може целосно да се избегне, но може ефикасно да се управува и забави.

За да се одложи намалувањето на моќноста во најголема мера и да се одржи стабилното работење на ласерот, се препорачува:

1. Обезбедете одлична работна средина:одржувајте чисто, константна температура, ниска влажност, без вибрации.

2. Обезбедете ефикасно термичко управување:Редовно одржувајте го системот за ладење за да се обезбеди квалитет и проток на вода.

3. Следете го стандардниот процес на работа:избегнувајте често префрлување и долготрајно работење под екстремни услови.

4. Вршете редовно превентивно одржување:Редовно проверувајте ги оптичките компоненти, чистете ја оптичката патека и заменете ги потрошните материјали (како што се гасни и филтерски елементи) според барањата на производителот.

5. Користете стабилно напојување:проверете дали напонот на напојувањето е стабилен и користете стабилизатор на напон кога е потребно.

Со разбирање на овие механизми на слабеење и преземање соодветни мерки на претпазливост, животниот век на ласерот може значително да се продолжи, а излезните перформанси што се одржуваат во текот на целиот животен циклус се постабилни.