Մետաղների լազերային կտրման խնդրի ուսումնասիրությունը պետք է սկսվի լազերային աշխատանքի ֆիզիկական սկզբունքների նկատի ունենալով: Քանի որ հետագա աշխատանքում բարակ թերթիկ նյութերի լազերային կտրման ճշգրտության բոլոր ուսումնասիրությունները կիրականացվեն լազերային համալիրի վրա՝ օգտագործելով իտերբիումի մանրաթելային լազեր, մենք կդիտարկենք մանրաթելային լազերների դիզայնը:
Լազերը մի սարք է, որը փոխակերպում է պոմպի էներգիան (թեթև, էլեկտրական, ջերմային, քիմիական և այլն) կոհերենտ, մոնոխրոմատիկ, բևեռացված և բարձր թիրախավորված ճառագայթային հոսքի էներգիայի:
Մանրաթելային լազերները ստեղծվել են համեմատաբար վերջերս՝ 1980-ականներին։ Ներկայումս հայտնի են մինչև 20 կՎտ հզորությամբ մանրաթելային տեխնոլոգիական լազերների մոդելներ։ Նրանց սպեկտրալ կազմը տատանվում է 1-ից 2 մկմ: Նման լազերների օգտագործումը հնարավորություն է տալիս ապահովել ճառագայթման տարբեր ժամանակային բնութագրեր։
Վերջերս մանրաթելային լազերները ակտիվորեն փոխարինում են ավանդական լազերներին լազերային տեխնոլոգիայի կիրառման այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են, օրինակ, մետաղների լազերային կտրումը և եռակցումը, մակնշումը և մակերեսային մշակումը, տպագրությունը և գերարագ լազերային տպագրությունը: Դրանք օգտագործվում են լազերային հեռաչափերի և եռաչափ տեղորոշիչների, հեռահաղորդակցության սարքավորումների, բժշկական կայանքների և այլնի մեջ։
Օպտիկամանրաթելային լազերների հիմնական տեսակներն են շարունակական ալիքի մի ռեժիմ լազերները, ներառյալ միաբևեռացման և մեկ հաճախականության լազերները; իմպուլսային մանրաթելային լազերներ, որոնք գործում են Q-անջատման, ռեժիմի կողպման և պատահական մոդուլյացիայի ռեժիմներում. կարգավորվող մանրաթելային լազերներ; գերլյումինեսցենտ մանրաթելային լազերներ; բարձր հզորության շարունակական բազմամոդալ մանրաթելային լազերներ:
Լազերի շահագործման սկզբունքը հիմնված է ֆոտոդիոդից լույս երկար մանրաթելի միջոցով փոխանցելու վրա: Օպտիկամանրաթելային լազերը բաղկացած է պոմպի մոդուլից (սովորաբար լայնաշերտ լուսադիոդներ կամ լազերային դիոդներ), լուսային ուղեցույց, որում տեղի է ունենում լազինգ, և ռեզոնատոր: Լույսի ուղեցույցը պարունակում է ակտիվ նյութ (դոպինգային օպտիկական մանրաթել՝ առանց ծածկույթի միջուկ, ի տարբերություն սովորական օպտիկական ալիքատարների) և պոմպային ալիքատարներ: Ռեզոնատորի դիզայնը սովորաբար որոշվում է տեխնիկական բնութագրերով, սակայն կարելի է առանձնացնել ամենատարածված դասերը՝ Fabry-Pero տիպի ռեզոնատորներ և օղակային ռեզոնատորներ։ Արդյունաբերական կայանքներում մի քանի լազերներ երբեմն միավորվում են մեկ տեղակայման մեջ՝ ելքային հզորությունը մեծացնելու համար: Նկ. Նկար 1.2-ը ցույց է տալիս մանրաթելային լազերային սարքի պարզեցված դիագրամը:
Բրինձ. 1.2. Տիպիկ մանրաթելային լազերային միացում:
1 - ակտիվ մանրաթել; 2 - Bragg հայելիներ; 3 - պոմպային բլոկ:
Ակտիվ օպտիկական մանրաթելի հիմնական նյութը քվարցն է: Քվարցի բարձր թափանցիկությունն ապահովվում է ատոմների էներգիայի մակարդակների հագեցած վիճակներով։ Դոպինգի արդյունքում առաջացած կեղտը քվարցը վերածում է ներծծող միջավայրի: Ընտրելով պոմպի ճառագայթման հզորությունը՝ նման միջավայրում հնարավոր է ստեղծել էներգիայի մակարդակների պոպուլյացիայի հակադարձ վիճակ (այսինքն՝ բարձր էներգիայի մակարդակներն ավելի լցված կլինեն, քան հողի մակարդակը)։ Հիմք ընդունելով ռեզոնանսային հաճախականության (հեռահաղորդակցության ինֆրակարմիր միջակայք) և ցածր շեմային պոմպի հզորության պահանջները, որպես կանոն, դոպինգ է իրականացվում լանթանիդային խմբի հազվագյուտ հողային տարրերով: Մանրաթելերի տարածված տեսակներից է էրբիումը, որն օգտագործվում է լազերային և ուժեղացուցիչ համակարգերում, որոնց աշխատանքային տիրույթը գտնվում է 1530-1565 նմ ալիքի երկարության միջակայքում: Մետաստաբիլ մակարդակի ենթամակարդակներից հիմնական մակարդակին անցնելու տարբեր հավանականության պատճառով առաջացման կամ ուժեղացման արդյունավետությունը տարբերվում է գործող տիրույթում տարբեր ալիքների երկարությունների համար: Հազվագյուտ հողային իոններով դոպինգի աստիճանը սովորաբար կախված է արտադրվող ակտիվ մանրաթելի երկարությունից: Մինչև մի քանի տասնյակ մետր տիրույթում այն կարող է տատանվել տասնյակից մինչև հազար ppm, իսկ կիլոմետրերի դեպքում՝ 1 ppm կամ ավելի քիչ:
Բրագի հայելիները՝ բաշխված Բրագի ռեֆլեկտորը, շերտավոր կառույց է, որում նյութի բեկման ինդեքսը պարբերաբար փոխվում է մեկ տարածական ուղղությամբ (շերտերին ուղղահայաց):
Գոյություն ունեն օպտիկական ալիքատարների պոմպային զանազան նախագծեր, որոնցից ամենատարածվածը մաքուր մանրաթելային նմուշներն են: Տարբերակներից մեկն այն է, որ ակտիվ մանրաթելը տեղադրվի մի քանի պատյանների ներսում, որոնցից արտաքինը պաշտպանիչ է (այսպես կոչված, կրկնակի ծածկված մանրաթել): Առաջին պատյանը պատրաստված է մաքուր քվարցից՝ մի քանի հարյուր միկրոմետր տրամագծով, իսկ երկրորդը՝ պոլիմերային նյութից, որի բեկման ինդեքսն ընտրված է էականորեն ցածր քվարցից։ Այսպիսով, առաջին և երկրորդ երեսպատումները ստեղծում են բազմաֆունկցիոնալ ալիքատար՝ մեծ խաչմերուկով և թվային բացվածքով, որի մեջ գործարկվում է պոմպի ճառագայթումը: Նկ. Նկար 1.3-ը ցույց է տալիս լազերի պոմպային դիագրամը, որը հիմնված է կրկնակի ծածկված մանրաթելի վրա:
Բրինձ. 1.3. Պոմպային միացում լազերի համար, որը հիմնված է կրկնակի ծածկված մանրաթելի վրա:
Օպտիկամանրաթելային լազերների առավելությունները ավանդաբար ներառում են ռեզոնատորի տարածքի զգալի հարաբերակցությունը դրա ծավալին, որն ապահովում է բարձրորակ սառեցում, սիլիցիումի ջերմային կայունություն և փոքր չափսերի սարքերի նման դասերի հզորության և որակի պահանջներ: Լազերային ճառագայթը, որպես կանոն, պետք է տեղադրվի օպտիկական մանրաթելի մեջ՝ տեխնոլոգիայի հետագա օգտագործման համար: Այլ դիզայնի լազերների համար դա պահանջում է հատուկ օպտիկական համադրման համակարգեր և սարքերը դարձնում է զգայուն թրթռումների նկատմամբ: Օպտիկամանրաթելային լազերներում ճառագայթումը առաջանում է անմիջապես մանրաթելի մեջ, և այն ունի բարձր օպտիկական որակ: Այս տեսակի լազերի թերությունները ոչ գծային էֆեկտների վտանգն են՝ մանրաթելում ճառագայթման բարձր խտության և ակտիվ նյութի փոքր ծավալի պատճառով մեկ իմպուլսի համեմատաբար ցածր ելքային էներգիայի պատճառով:
Մանրաթելային լազերները զիջում են պինդ վիճակի լազերներին այն ծրագրերում, որտեղ պահանջվում է բևեռացման բարձր կայունություն, և բևեռացումը պահպանող մանրաթելերի օգտագործումը դժվար է տարբեր պատճառներով: Պինդ վիճակի լազերները չեն կարող փոխարինվել մանրաթելային լազերով 0,7-1,0 մկմ սպեկտրային տիրույթում: Նրանք նաև ավելի մեծ պոտենցիալ ունեն զարկերակային ելքային հզորությունը բարձրացնելու համար, համեմատած մանրաթելերի հետ: Այնուամենայնիվ, մանրաթելային լազերները լավ են գործում ալիքի երկարություններում, որտեղ չկան բավականաչափ լավ ակտիվ միջավայրեր կամ հայելիներ այլ լազերային դիզայնի համար, և թույլ են տալիս որոշ լազերային ձևավորումներ, ինչպիսիք են վերափոխումը, ավելի հեշտ իրականացնել:
Օպտիմիզացնելով օպտիկամանրաթելային լազերներում օգտագործման համար մեկ ռեժիմով օպտիկական մանրաթելը՝ ձեռք է բերվել 4,3 կՎտ ելքային հզորություն, և բացահայտվել են գերարագ լազերային կիրառությունների հետագա հետազոտական ուղղությունները:
Լազերային տեխնոլոգիաների զարգացման հրատապ խնդիրներից մեկը մանրաթելային լազերների հզորության բարձրացումն է, որոնք արդեն «շահել» են շուկայի մասնաբաժինը բարձր հզորության CO 2 լազերներից, ինչպես նաև ծավալային պինդ լազերից: Ներկայումս օպտիկամանրաթելային լազերային խոշոր արտադրողները մեծ ուշադրություն են դարձնում նոր հավելվածների զարգացմանը՝ նկատի ունենալով ապագայում շուկայի հետագա նվաճումը: Շուկայում առկա բարձր հզորության լազերներից մեկ ռեժիմ համակարգերն ունեն մի շարք առանձնահատկություններ, որոնք դրանք դարձնում են ամենապահանջվածը. նրանք ունեն ամենաբարձր պայծառությունը և կարող են կենտրոնանալ մինչև մի քանի միկրոն, ինչը նրանց ավելի հարմար է դարձնում ոչ կոնտակտային նյութերի մշակում: Նման համակարգերի արտադրությունը բավականին բարդ է։ IPG Photonics-ը (Օքսֆորդ, MA) առաջարկել է մշակել 10 կՎտ հզորությամբ մեկ ռեժիմով համակարգ, սակայն ճառագայթի բնութագրերի մասին տեղեկատվությունը հասանելի չէ, և տվյալներ, մասնավորապես, հնարավոր բազմաֆունկցիոնալ բաղադրիչների մասին, որոնք կարող են գոյություն ունենալ մեկ ռեժիմ ազդանշանի կողքին, չեն տրամադրվում։ .
Ֆրիդրիխ Շիլլերի համալսարանի և Ֆրաունհոֆերի կիրառական օպտիկայի և ճշգրիտ ճարտարագիտության ինստիտուտի գերմանացի գիտնականները, Գերմանիայի կառավարության ֆինանսական աջակցությամբ և TRUMPF-ի, Active Fiber Systems-ի, Jenoptik-ի, Ֆոտոնային տեխնոլոգիաների Լայբնիցի ինստիտուտի հետ համագործակցությամբ, վերլուծել են մասշտաբային խնդիրները: նման լազերներ և մշակեցին նոր մանրաթելեր՝ հաղթահարելու հզորության սահմանափակումները: Թիմը հաջողությամբ ավարտեց մի շարք փորձարկումներ՝ ցուցադրելով 4,3 կՎտ մեկ ռեժիմով ելք, որտեղ մանրաթելային լազերային ելքային հզորությունը սահմանափակվում էր միայն պոմպի ազդանշանի հզորությամբ:
Մեկ ռեժիմ մանրաթելային լազերի ճառագայթման հզորությունը սահմանափակող գործոններ
Հիմնական խնդիրները, որոնք պահանջում են մանրակրկիտ ուսումնասիրություն, ներառում են հետևյալը. ա) բարելավված պոմպային; բ) օպտիկական ցածր կորուստներով ակտիվ մանրաթելի մշակում, որը գործում է միայն մի ռեժիմով. գ) ստացված ճառագայթման ավելի ճշգրիտ չափումը. Ենթադրելով, որ բարելավված պոմպային խնդիրը կարող է լուծվել գերպայծառ լազերային դիոդների և պոմպի առաքման համապատասխան մեթոդների միջոցով, հետևաբար, մյուս երկուսը ավելի մանրամասն կքննարկենք այս հոդվածում:
Բարձր հզորությամբ մեկ ռեժիմով աշխատանքի համար ակտիվ մանրաթելերի մշակման շրջանակներում ընտրվել են օպտիմալացման պարամետրերի երկու հավաքածու՝ դոպինգ և երկրաչափություն: Բոլոր պարամետրերը պետք է հստակորեն սահմանված լինեն նվազագույն կորուստների, մեկ ռեժիմի շահագործման և հզոր շահույթի հասնելու համար: Իդեալական մանրաթելային ուժեղացուցիչը պետք է ապահովի փոխակերպման բարձր արդյունավետություն՝ ավելի քան 90%, ճառագայթի գերազանց որակ և ելքային հզորություն՝ սահմանափակված միայն պոմպի առկա հզորությամբ: Այնուամենայնիվ, մեկ ռեժիմով համակարգի արդիականացումը դեպի ավելի բարձր հզորություններ կարող է հանգեցնել բուն մանրաթելի միջուկում հզորության ավելի մեծ խտության, ջերմային բեռի ավելացման և մի շարք ոչ գծային օպտիկական էֆեկտների, ինչպիսիք են խթանված Raman ցրումը (SRS) և խթանված Brillouin ցրումը (SBS): ):
Լայնակի ռեժիմները կարող են ընդլայնվել՝ կախված մանրաթելերի ակտիվ գոտու չափից: Որքան փոքր է մանրաթելի ակտիվ խաչմերուկը, այնքան փոքր է նման ռեժիմների քանակը՝ մանրաթելի և ծածկույթի խաչմերուկների միջև տրված հարաբերակցության համար: Այնուամենայնիվ, ավելի փոքր տրամագիծը նաև որոշում է հզորության ավելի մեծ խտություն, և, օրինակ, մանրաթելը թեքելիս, ավելացվում են նաև կորուստներ ավելի բարձր ռեժիմների համար: Այնուամենայնիվ, օպտիկամանրաթելային միջուկի մեծ տրամագծի և ջերմային սթրեսի դեպքում կարող են առաջանալ արտանետումների այլ եղանակներ: Նման ռեժիմները ենթակա են փոխազդեցության միմյանց հետ ուժեղացման ժամանակ, և, հետևաբար, առանց տարածման օպտիմալ պայմանների, ելքային ճառագայթման պրոֆիլը կարող է դառնալ տարածական կամ ժամանակավոր անկայուն:
Լայնակի ռեժիմի անկայունություն
Ytterbium (Yb) դոպինգով մանրաթելերը տիպիկ աշխատանքային միջավայր են բարձր հզորության մի ռեժիմ մանրաթելային լազերների համար, բայց որոշակի շեմից այն կողմ նրանք ցուցադրում են բոլորովին նոր էֆեկտ՝ այսպես կոչված լայնակի ռեժիմի անկայունության (TMI) էֆեկտ: Հզորության որոշակի մակարդակում կարող են հանկարծակի հայտնվել ավելի բարձր ռեժիմներ կամ նույնիսկ կեղևի ռեժիմներ: Էներգիան դինամիկ կերպով վերաբաշխվում է նրանց միջև, և փնջի որակը վատանում է: Ելքի վրա հայտնվում է ճառագայթման տատանում (ճառագայթը սկսում է տատանվել): TMI-ի էֆեկտը նկատվել է մանրաթելերի մի շարք ձևավորումների մեջ՝ աստիճանային ինդեքսային մանրաթելերից մինչև ֆոտոնիկ բյուրեղյա մանրաթելեր: Դրա շեմային արժեքը կախված է երկրաչափությունից և դոպինգից, սակայն մոտավոր գնահատականը ցույց է տալիս, որ այս ազդեցությունը տեղի է ունենում 1 կՎտ-ից ավելի ելքային հզորությունների դեպքում: Հետազոտության ընթացքում բացահայտվել է TMI-ի կախվածությունը ֆոտոխավարումից և դրա կապը մանրաթելի ներսում ջերմային էֆեկտների հետ։ Ավելին, մանրաթելային լազերների զգայունությունը TMI-ի նկատմամբ նույնպես կախված է մոդալ հիմնական բովանդակությունից:
Քայլի ինդեքսը մանրաթելերի երկրաչափությունը թույլ է տալիս օպտիմալացնել: Պոմպի համար կարելի է ընտրել հետևյալը՝ մանրաթելերի տրամագիծը, պոմպի մանրաթելերի ծածկույթի չափը և մանրաթելի և ծածկույթի բեկման այլ ցուցանիշներ: Այս բոլոր թյունինգային պարամետրերը կախված են դոպանտի կոնցենտրացիայից, այսինքն՝ Yb իոնի կոնցենտրացիան կարող է օգտագործվել ակտիվ մանրաթելում պոմպի ճառագայթման կլանման շրջանի երկարությունը վերահսկելու համար: Այլ հավելումներ կարող են ավելացվել մանրաթելին՝ ջերմային ազդեցությունները նվազեցնելու և բեկման ինդեքսը վերահսկելու համար: Այնուամենայնիվ, կան որոշ հակասություններ. Ոչ գծային ազդեցությունները նվազեցնելու համար մանրաթելը պետք է լինի ավելի կարճ, իսկ ջերմային բեռը նվազեցնելու համար մանրաթելը պետք է լինի ավելի երկար: Ֆոտոմարգացումը համաչափ է դոպանտի կոնցենտրացիային, այնպես որ ավելի երկար մանրաթելերն ավելի ցածր դոպանտի կոնցենտրացիայով անպայման ավելի լավ կլինեն: Փորձի ընթացքում կարելի է պատկերացում կազմել որոշ պարամետրերի մասին: Ջերմային վարքագիծը, օրինակ, կարելի է մոդելավորել, բայց բավականին դժվար է կանխատեսել, քանի որ ֆոտոխավարումը ըստ սահմանման փոքր է և չի կարող ֆիզիկապես չափվել արագացված թեստերում: Հետևաբար, մանրաթելերում ջերմային վարքի ուղղակի չափումները կարող են օգտակար լինել փորձարարական նախագծման համար: Տիպիկ ակտիվ մանրաթելի համեմատությամբ ցուցադրված են չափված ջերմային բեռը (որը ստացվում է օպտիկամանրաթելային ուժեղացուցիչի ներսում միաժամանակ բաշխված ջերմաստիճանի չափումներից) և մոդելավորված ջերմային բեռը (Նկար 1):
Նկար 1. Չափված օպտիկամանրաթելային ջերմային բեռը` համեմատած նմանակված բեռի հետ` լրացուցիչ կորստով և առանց դրա
Մանրաթելերի նախագծման մեկ այլ կարևոր պարամետր է անջատման ալիքի երկարությունը, որն ամենաերկար ալիքի երկարությունն է, որը մեծացնում է մանրաթելում ռեժիմների քանակը: Այս ալիքի երկարությունից ավելի բարձր մակարդակի ռեժիմները չեն ապահովվում:
Նոր մանրաթելերի փորձարկում կիլովատ հզորությամբ
Փորձի ընթացքում ուսումնասիրվել են Yb-դոպավորված մանրաթելերի երկու տեսակ։ 30 միկրոն միջուկի տրամագծով թիվ 1 մանրաթել՝ ֆոսֆորի և ալյումինի լրացուցիչ դոպինգով։ Թիվ 2 մանրաթելը՝ 23 մկմ ավելի փոքր տրամագծով, ավելի քիչ դոփված էր, բայց ավելի շատ իտերբիում էր պարունակում՝ թիվ 1 մանրաթելի համեմատ ավելի բարձր պրոֆիլի գործակից ստանալու համար (Աղյուսակ 1):
Աղյուսակ 1. Փորձարկված մանրաթելերի պարամետրերը
Հաշվարկված անջատման ալիքի երկարությունը գտնվում է մոտավորապես 1275 նմ և 1100 նմ 1 և 2 մանրաթելերի համար, համապատասխանաբար: Սա շատ ավելի մոտ է մեկ ռեժիմի արտանետմանը, քան տիպիկ 20 մկմ միջուկի տրամագիծը, 0,06 թվային բացվածք (NA) մանրաթելն, որն ունի ~1450 նմ անջատող ալիքի երկարություն: Լազերային ուժեղացված ալիքի երկարությունը ի վերջո կենտրոնացած էր 1067 նմ-ի վրա:
Երկու մանրաթելերն էլ փորձարկվել են բարձր հզորության պոմպային միացումում (նկ. 2): Պոմպի դիոդային լազերը և նախնական ազդանշանը ազատ տարածության մեջ զուգակցվել են եռակցված ծայրերով և միակցիչներով մանրաթելի մեջ, որոնք լվանում են ջրով սառեցման համար: Ճառագայթման աղբյուրը ֆազային մոդուլացված արտաքին խոռոչի դիոդային լազերն էր (ECDL), որի ազդանշանը նախապես ուժեղացվել էր մինչև 10 Վտ մուտքային ազդանշանի հզորության հասնելու համար 1067 նմ ալիքի երկարությամբ և 180 մկմ սպեկտրային լայնությամբ:
Նկար 2. Բարձր հզորության ուժեղացուցիչի փորձարարական կարգավորումը, որն օգտագործվում է մանրաթելային ուժեղացուցիչի փորձարկման համար, որտեղ մանրաթելը մղվել է 976 նմ-ով, հակատարածման ուղղությամբ:
Առաջին մանրաթելի փորձարկման ժամանակ միլիվայրկյան սանդղակով նկատվել են հանկարծակի տատանումներ 2,8 կՎտ շեմի վրա, ինչը կարելի է վերագրել TMI-ին: Երկրորդ 30 մ մանրաթելը՝ նույն ալիքի երկարությամբ և սպեկտրային լայնությամբ, մղվեց մինչև 3,5 կՎտ ելքային հզորություն՝ սահմանափակված SBS-ով, այլ ոչ թե TMI-ով:
Երրորդ փորձի ժամանակ էմիտեր լազերային սպեկտրը փոփոխվել է SBS մանրաթելային շեմը բարձրացնելու համար՝ ընդլայնելով սպեկտրը (ավելի բարձր, քան նախորդ փորձը): Այդ նպատակով 300 մկմ կենտրոնական ալիքի երկարությամբ երկրորդ դիոդային լազերը համակցվել է առաջինի հետ: Այս միջամտությունը հանգեցրեց ժամանակային տատանումների, որոնք թույլ տվեցին ազդանշանի հզորությունը մեծանալ ավտոֆազային մոդուլյացիայի պատճառով: Օգտագործելով նույն հիմնական ուժեղացուցիչը, ինչպես նախկինում, ելքային հզորության շատ նման արժեքներ են ստացվել 90% արդյունավետությամբ, բայց դրանք կարող են աճել միայն մինչև 4,3 կՎտ առանց TMI (Աղյուսակ 2):
Աղյուսակ 2. Մանրաթելերի փորձարկման արդյունքը
Չափման առաջադրանքներ
Բարձր հզորության օպտիկամանրաթելային լազերի բոլոր պարամետրերի չափումը հիմնական խնդիրներից է և դրանց լուծման համար պահանջում է հատուկ սարքավորում: Մանրաթելերի ամբողջական բնութագրում ստանալու համար որոշվել են դոպանտի կոնցենտրացիան, բեկման ինդեքսի պրոֆիլները և մանրաթելերի միջուկի թուլացումը: Օրինակ, միջուկի կորուստների չափումը տարբեր ճկման տրամագծերի համար կարևոր պարամետր է TMI շեմի հետ հարաբերակցության համար:
Նկար 3. ա) Ֆոտոդիոդի ինտենսիվության հետքը՝ ելքային ազդանշանի փորձարկման ժամանակ՝ օգտագործելով մանրաթել 1, TMI շեմից ցածր և բարձր: բ) Ֆոտոդիոդների հետքերի նորմալացված ստանդարտ շեղում տարբեր ելքային հզորություններում
Օպտիկամանրաթելային ուժեղացուցիչի փորձարկման ժամանակ TMI շեմը որոշվում է ֆոտոդիոդի միջոցով՝ հոսելով հզորության մի փոքր մասի վրա: Էլեկտրաէներգիայի տատանումների սկիզբը բավականին կտրուկ և նշանակալի է ստացվել (նկ. 3), ազդանշանի փոփոխությունը հատկապես զգալի է եղել մանրաթել 1-ի փորձարկման ժամանակ, սակայն այն չի հայտնաբերվել մանրաթել 2-ը մինչև 4,3 կՎտ հզորության մակարդակի փորձարկման ժամանակ: Համապատասխան հարաբերությունները ներկայացված են Նկար 4ա-ում:
Նկար 4. ա) Fiber 2-ի արդյունավետության թեքությունը մինչև 4,3 կՎտ ելքային հզորություն: բ) 3,5 կՎտ ելքային հզորությամբ օպտիկական սպեկտր՝ ելքից մինչև ASE 75 դԲ հարաբերակցությամբ: 180 մկմ սպեկտրային լայնություն՝ 4,3 կՎտ ելքային հզորությամբ մինչև 7 նմ թողունակություն
Փնջի որակի չափումները մանրաթելային լազերային բնութագրման ամենադժվար մասն են և արժանի են առանձին քննարկման: Մի խոսքով, առանց ջերմային թուլացումը կարևոր է, և այն կարելի է ձեռք բերել Ֆրենելի արտացոլումների կամ ցածր կորստի օպտիկայի միջոցով: Այս վերանայման մեջ ներկայացված փորձերում թուլացումը ներդրվել է սեպ թիթեղների և իմպուլսային պոմպման միջոցով ժամանակային մասշտաբով, որը գերազանցում է TMI սկզբի ժամանակը:
Կիրառումներ արագընթաց գիտության մեջ
Տասը տարի հանգստանալուց հետո միանգամայն հնարավոր է թվում նոր սերնդի հզոր մի ռեժիմ օպտիկամանրաթելային լազերների մշակումը կիլովատ դասի գերազանց ճառագայթների որակով: Արդեն իսկ ձեռք է բերվել 4,3 կՎտ ելքային հզորություն՝ սահմանափակված միայն պոմպի հզորությամբ, բացահայտվել են հետագա զարգացման ճանապարհի հիմնական սահմանափակումները և դրանց հաղթահարման ուղիները՝ պարզ։
Գրեթե 1 կՎտ հզորություն արդեն իսկ ձեռք է բերվել մեկ մանրաթելի վրա, երբ ուժեղացվում է գերարագ լազերային իմպուլսներով, ուստի մինչև 5 կՎտ հզորությունը լիովին հնարավոր է տեխնիկայի համակցությամբ: Մինչ համակարգերը մշակվում են հետազոտական կենտրոնների համար, ինչպիսիք են ELI-ն (Պրահա, Չեխիա), օպտիկական ազդանշանի հուսալի փոխանցման հետագա զարգացումը մնում է մարտահրավեր արդյունաբերական համակարգերի համար:
Կատարված աշխատանքը մի շարք հետաքրքիր հեռանկարներ է բացահայտել։ Սա մի կողմից արդյունքների փոխանցում է արտադրություն, չնայած այն հանգամանքին, որ այս ուղղությամբ դեռ մեծ ջանքեր են պահանջվում, իսկ մյուս կողմից՝ տեխնոլոգիան չափազանց կարևոր է օպտիկամանրաթելային լազերային այլ համակարգերի պարամետրերը բարձրացնելու համար, օրինակ, ֆեմտովայրկյանական մանրաթելային ուժեղացուցիչների համար:
http://www.lightwaveonline.com-ի նյութերի հիման վրա
Նախկինում հրապարակված հոդվածներում, որոնք փորձարկում են տեխնոլոգիական ներուժը, մանրաթելային լազերը վերլուծվել է իր ամենաարդյունավետ տեխնոլոգիական կիրառությունների համար, մասնավորապես՝ կտրում, եռակցում, կարծրացում, պերֆորացիա և մակերեսի մաքրում: Այս ամենը կարող է անել մանրաթելային լազերը:
Այնուամենայնիվ, արդյունաբերական ձեռնարկությունների ղեկավարների և տեխնոլոգների համար չափազանց կարևոր է հասկանալ, բացի դրան, ժամանակակից լազերային տեխնոլոգիաներում մանրաթելային լազերի ներդրման տնտեսական ասպեկտները: Այսպիսով, եկեք քննարկենք մանրաթելային լազերի վերաբերյալ տնտեսական խնդիրները, որոնք առաջանում են տեխնիկական վերազինման նախագծերի գնահատման ժամանակ:
Անմիջապես պետք է նշել. տարբերությունները շատ կարևոր են, քանի որ նոր մանրաթելային լազերն ունի մի շարք տեխնիկական հատկություններ և առանձնահատկություններ, որոնց պատճառով դասական լազերների օգտագործման փորձը նոր սարքավորում փոխանցելը լիովին ճիշտ չէ: Այդ իսկ պատճառով, նպատակահարմար է սկսել, թե ինչ է մանրաթելային լազերը, նախ և առաջ ուրվագծելով այս հատկանիշներն ու տարբերությունները։
Օպտիկամանրաթելային լազեր.
Ժամանակակից արտանետիչների եզակի կյանքի տևողությունը (ավելի քան 100,000 ժամ՝ համեմատաբար ցածր գնով ծառայության ժամկետը երկարացնելու հնարավորությամբ) և գրեթե զրոյական գործառնական ծախսեր։ Պարտադիր՝ հաշվի առնելով գործող հարկային համակարգում UST-ի և ԱԱՀ-ի միջոցով մաշվածության մասի փաստացի բացառումը։ Քանի որ սա կարող է լինել չափազանց կարևոր տնտեսական գործոն (այսինքն՝ արժեզրկման մի մասը մնում է անմիջապես ձեր տրամադրության տակ, քանի որ այն չի օգտագործվում):
Տարածքի պատրաստման և շահագործման հանձնելու նվազագույն ծախսերը և ժամանակը: Գործարկման գործընթացում մանրաթելային լազերը կոչվում է «տեղադրում»:
Մանրաթելային լազեր, նրա անհավատալի բազմակողմանիությունը որպես լազերային աղբյուր: Որպես կանոն, մանրաթելային լազերը «մաքուր» ճառագայթային էներգիայի աղբյուրի օրինակ է, ուստի դրանում գործնականում տեխնոլոգիական առանձնահատկություն չկա, այսինքն՝ արտադրության դիվերսիֆիկացման կամ այլ վերակառուցման ժամանակ մանրաթելային լազերը կարող է վերակողմնորոշվել մեկ տեխնոլոգիայից։ գործընթացը մյուսին: Նման աղբյուրը նույնիսկ կարելի է անվանել, իհարկե (վերապահումներով)՝ հեղուկ, այն իմաստով, որ այն պահպանում է արժեքն ու արժեքը իր մեջ։ Այստեղից սկսում են զարգանալ լազերային փոխանակման և լիզինգի որոշակի ծառայություններ (այս հարցերի շուրջ ավելի լավ է ուղղակիորեն կապ հաստատել արտադրողի հետ):
Օպտիկամանրաթելային լազեր, նրա հիմնական բնութագրերը.
Նրա հզորության բարձրացման հավանականությունը: Դուք կարող եք գնել օպտիկամանրաթելային լազեր դիզայնի լուսանցքով, օրինակ, երբ մատակարարվում է 700 Վտ հզորությամբ, այնուհետև պարզապես գնել հատուկ պոմպային ագրեգատներ, դրանով իսկ ավելացնելով հզորությունը, օրինակ, մինչև 2400 Վտ: Միևնույն ժամանակ, արտադրական համակարգում (լրացուցիչ բլոկների տեղադրման գործընթացը տևում է ոչ ավելի, քան 3 ժամ) գործնականում որևէ բան փոխելու կարիք չկա։ Սա թույլ է տալիս զգալիորեն նվազեցնել նախնական կապիտալ ներդրումները, ինչպես նաև բարձրացնել արտադրողականությունը ձեր արտադրության համար անհրաժեշտ պահին:
Ճառագայթումը ուղղակիորեն օպտիկական մալուխի միջոցով, որի երկարությունը տատանվում է 10-ից 100 մետրի միջով, զգալիորեն հեշտացնում է տեխնոլոգիական համակարգերի նախագծումը և դասավորությունը որպես ամբողջություն: Դուք կարող եք օգտագործել արդյունաբերական ռոբոտաշինության հսկայական տեսականի: Հարկ է նշել, որ որոշ արտադրական առաջադրանքներ պահանջում են ընդամենը 3 բաղադրիչ՝ մանրաթելային լազեր/գործընթացի գլուխ/արդյունաբերական ռոբոտ: Իհարկե, փորձի բացակայության դեպքում դեռ կպահանջվեն ինտեգրատոր ընկերության ծառայություններ, սակայն կոնկրետ արտադրական համակարգի կազմակերպման ընդհանուր ծախսերը զգալիորեն կնվազեն։
Մանրաթելային լազերը բազմաֆունկցիոնալ և բազմաֆունկցիոնալ տեխնոլոգիական տարածք է լազերային աղբյուրի առավելագույն բեռնման համար: Բնականաբար, դա այնքան էլ հեշտ չէ, որքան կարող է թվալ առաջին հայացքից, բայց միանգամայն հնարավոր է: Եվ այս հավանականության կարևորության պատճառով մենք այն կքննարկենք հետագա:
Հարց մասնագետներին և կադրերին ընդհանրապես. Օպտիկամանրաթելային լազերը վերացնում է ընկերության կողմից օպտիկայի, վակուումային համակարգերի և էլեկտրական լիցքաթափումների իմացությամբ մասնագետների ողջ անձնակազմի կարիքը: Օպտիկամանրաթելային լազեր, այն գործարկելու համար ոչինչ չի պահանջվում, քանի որ օպերատորի ուսուցումը տևում է ոչ ավելի, քան 1 շաբաթ: Իհարկե, դա ձեռնարկությանը չի ազատի գրագետ տեխնոլոգների կարիքից, բայց սա ևս մեկ հարց է, որը բացարձակապես կապ չունի բուն լազերի հետ։ Միանգամայն հնարավոր է օգտագործել առկա անձնակազմը և միևնույն ժամանակ հասնել գործառնական արդյունավետության ավելի բարձր մակարդակի:
Օպտիկամանրաթելային լազեր, դրա հիմնական տեխնոլոգիաները.
Այս 7 կետերն ինքնին կարող են մեծ հետաքրքրություն առաջացնել նոր ժամանակակից սարքավորումների նկատմամբ։ Էֆեկտը ուժեղացնելու համար պետք է թվարկվեն մի քանի հիմնական տեխնոլոգիաներ.
- մետաղների լազերային կտրում. Խոսքը ոչ միայն թերթերի դասական կտրման մասին է, այլև շատ ծավալային կտրման, օրինակ՝ արդյունաբերական ռոբոտների օգտագործմամբ;
- լազերային պերֆորացիա (ֆիլտրի տարրեր, ցանցեր);
- լազերային զոդում. Առաջին հերթին սա բարձր արդյունավետությամբ կարի հետույքի զոդում է առանց եզրային պատրաստուկների և լցնող նյութերի օգտագործման: Բայց այսօր տեխնոլոգները բավականին արագ զարգացնում են հիբրիդային գործընթացները, այսինքն՝ համակցված եռակցման սխեմաներ, որոնք համատեղում են լազերային ճառագայթը և, համապատասխանաբար, էլեկտրական աղեղը.
- լազերային կարծրացում (ջերմային բուժում) գործընթաց է, որն ապահովում է մասի որոշակի բեկորների տեղային կարծրացում՝ առանց զգալի ջերմային ազդեցության:
- լազերային մակերեսը աղեղի երեսպատման գործողության անալոգն է, որը բնութագրվում է բարձր տեղայնությամբ և ճշգրտությամբ.
- ծածկույթների և կեղտի լազերային մաքրում: Ամենաէկոլոգիապես մաքուր մաքրման մեթոդը և ոչ կոնտակտային մեթոդը, որն ունի զանգվածային տեխնոլոգիաների հետ մրցելու ներուժ, ինչպիսին է ավազահանումը:
Անմիջապես անցնելով տնտեսական ասպեկտներին, հարկ է նշել, որ մանրաթելային լազերը և դրա համակարգը ներկայումս մի կարգով ավելի թանկ են, քան դասական CO2 լազերը, և, հետևաբար, լազերի ինքնին գինը սովորաբար կազմում է տեխնոլոգիական համակարգի զգալի մասը որպես ամբողջություն: .
Օպտիկամանրաթելային լազեր, դրա նվազագույն հավաքածուն ներառում է՝ սարքավորումները, որոնք նախատեսված են լազերային տեխնոլոգիական գործողություն իրականացնելու համար, ներառում են.
- օպտիկամանրաթելային լազերը պետք է ունենա rub./kW նշված արժեքը;
- մանրաթելային լազերն ունի հատուկ լազերային մշակման գլուխ, որը առաջացնում է ճառագայթման հոսք, ինչպես նաև այլ նյութերի հոսքեր անմիջապես մշակման գոտում.
- մանիպուլյատոր (ռոբոտ) արտադրանքը կամ լազերային գլուխը տեղափոխելու, ինչպես նաև գործընթացի ընդհանուր և մանրակրկիտ վերահսկման համար։ Եթե դուք օգտագործում եք պատրաստի և ունիվերսալ մանրաթելային լազեր, ապա ծախսերն ուղղակիորեն կախված կլինեն կոնֆիգուրացիայից և, իհարկե, ապրանքանիշից:
Օպտիկամանրաթելային լազեր, դրա նվազագույն հավաքածուն լազերային տեխնոլոգիական համակարգի համար հետևյալն է՝ 1 – լազերային, 2 – տեխնոլոգիական գլխիկ, 3 – օպտիկական մալուխ, 4 – մանիպուլյատոր:
Այսպիսով, 1000 Վտ հզորությամբ տեխնոլոգիական համակարգի համար կապիտալ ծախսերի հիմնական գումարը կկազմի մոտավորապես 6 միլիոն ռուբլի: ՌԴ Փաստորեն, սա ամբողջ ծախսերը չէ, քանի որ անհրաժեշտ է նաև հաշվի առնել ծրագրային ապահովման, ինտեգրման, տարածքների պատրաստման և արտադրության ծախսերը: Հետևաբար, հաշվարկների պարզության համար առավել խելամիտ կլինի ենթադրել, որ ընդհանուր ներդրման արժեքը՝ մանրաթելային լազերային, կկազմի մոտավորապես 2 գին: Նման համամասնություն նկատվում է հատկապես մետաղ կտրելու համար նախատեսված լազերային մեքենաների համար: Օպտիկամանրաթելային լազերային հզորությունը 2000 Վտ է: Գները տատանվում են 12-ից 14 միլիոն ռուսական ռուբլի: Միևնույն ժամանակ, լազերային կտրող սարքավորումը բավականին մեծ բարդ համակարգ է՝ մեծ չափսերով։ Այնուամենայնիվ, սերիական արտադրության և ստանդարտ, լավ փորձարկված տեխնոլոգիայի շնորհիվ գինը նկատելիորեն նվազում է:
Այլ տեխնոլոգիական գործընթացներում (օրինակ, եռակցման, կարծրացման) նման սարքավորումների համալիրը կարող է շատ ավելի պարզ լինել, բայց այստեղ արժե հաշվի առնել, որ այս փուլում նման տեխնոլոգիաները բոլորովին էլ փաթեթավորված չեն ստանդարտ սերիական համալիրների մեջ (այսինքն, Այն դեպքում, երբ կլինեն տեխնոլոգիաների և ճարտարագիտության ծախսեր, ընդ որում՝ շատ զգալի): Հետևաբար, x2 գործակիցը օգտագործման լայն դասի՝ ավտոմատացման միջին աստիճանով (այսինքն՝ մշակման գործընթացը ավտոմատ է, իսկ բեռնումն ու բեռնաթափումը կիսաավտոմատ կամ ձեռքով) կարող է արդարացված լինել։
Լազերային տեխնոլոգիայի տնտեսագիտություն՝ վերլուծելով 2 թեստային արտադրության խնդիրները
Դիտարկենք արտադրության առաջին խնդիրը՝ մանրաթելային լազերի մասին.
Այսպիսով, որպես առաջին փորձնական առաջադրանք, դիտարկենք գլանաձեւ երկրաչափությամբ մասերի զանգվածային արտադրությունը, որոնցում անհրաժեշտ է 2 կիսատ մարմին եռակցել մեկ (պինդ) կնքված մարմնի մեջ։ Սա ստանդարտ խնդիր է տարբեր տեսակի ֆիլտրերի արտադրության մեջ: Պողպատի հաստությունը 0,5-1 մմ է, արտադրանքի միջին տրամագիծը 60 մմ է: Խնդրի նպատակը արտադրանքի նվազագույն արժեքով արտադրության առավելագույն ծավալն է:
Արտադրական համակարգը ինքնին սինթեզվում է գրեթե ավտոմատ կերպով այս առաջադրանքի համար: Նման արտադրանքի արագ լազերային եռակցման համար ձեզ անհրաժեշտ է մանրաթելային լազեր՝ մոտավորապես 700 Վտ հզորությամբ (այսինքն՝ եռակցման գծային արագությունը մոտ 50 մմ/վ է), Ձեզ անհրաժեշտ է բավականին պարզ եռակցման գլուխ, արտադրանքի պտտիչ (ավտոմատացված) և, համապատասխանաբար, աշխատանքային մասերի բեռնման և բեռնաթափման համակարգ: Բեռնման համակարգի համար հնարավոր է օգտագործել պարզ սկուտեղի սնուցող: Օպտիկամանրաթելային լազեր, ենթադրվում է, որ եռակցման համար նախատեսված արտադրանքն արդեն նախապես հավաքվել է բանվորների կողմից։ Այնուամենայնիվ, կախված ինքնին աշխատանքային մասերի որակի մակարդակից (չափի չափորոշում), կարող է անհրաժեշտ լինել արտադրանքի միացման ուղղման համակարգ՝ եռակցման գլխի դիրքը: Ընդհանուր առմամբ, նման բավականին պարզ համակարգի մշակման և, համապատասխանաբար, արտադրության արժեքը կազմում է մոտավորապես 5 միլիոն ռուբլի:
Ներկայացված տեքստից հետո կարող ենք փոքրիկ եզրակացություն անել.
- Համակարգի տնտեսական պարամետրերը զգալիորեն վատթարանում են սարքավորումների և, իհարկե, անձնակազմի բեռնվածության մակարդակի նվազման հետ. երբ, օրինակ, արտադրանքի/մասերի 10%-ը արտադրվում է առավելագույն արտադրական գործընթացի ցուցանիշից, արժեքը պարզապես կաճի 10 անգամ: Այսպիսով, երկու դեպքում էլ բավականին թանկարժեք տեխնիկան թերօգտագործվում է, և, համապատասխանաբար, անձնակազմը պարապ է նստում։
- Արժեքի առումով, ավտոմատացումից հրաժարվելը նույնպես ոչինչ չի տալիս. ոչ ավտոմատացված տեխնոլոգիական գործընթացների անցումը նույնպես կբարձրացնի ապրանքների ինքնարժեքը, այն էլ՝ կտրուկ։ Դա տեղի կունենա աշխատանքի արտադրողականության ընդհանուր նվազման պատճառով։
- Լազերային տեխնոլոգիայի օգտագործումը թույլ է տալիս «հաղթել» միայն արտադրական համակարգի առավելագույն ծանրաբեռնվածությամբ (կամ առնվազն առավելագույնին մոտ) և ուղղակիորեն ձեռնտու է բուն արտադրության պայմաններին, ընդ որում՝ լայնածավալ արտադրությանը։ Նման արտադրության համար չափազանց կարևոր է լազերային մշակման գործընթացի բարձր որակը (այսինքն՝ վերարտադրելիությունը և կայունությունը):
Հասկանալի է, որ լայնածավալ կիրառությունների դեպքում մանրաթելային լազերային եռակցման փոխհատուցումը կարող է բավականին արագ լինել՝ ընդհանուր արտադրողականության կտրուկ աճի պատճառով:
Դիտարկենք արտադրության երկրորդ խնդիրը՝ մանրաթելային լազերի մասին.
Որպես կանոն, շատ իրական ձեռնարկություններ բնութագրվում են զգալիորեն ցածր սերիական արտադրությամբ, ուստի անընդհատ առաջանալու է լազերային աղբյուրի բեռնման խնդիր:
Օրինակ, որոշակի ձեռնարկություն արտադրում է բարդ արտադրանք, որը բաղկացած է գլանաձև մարմնից և դրա վրա պետք է զոդել հզոր ամրացնող տարրով կափարիչը, իսկ 2 տարրը նույնպես պետք է ուղղակիորեն զոդել հենց կափարիչին: Նման արտադրանքի ներսում կա նաև ձող, որը գործում է քայքայումի ռեժիմով, հետևաբար պահանջում է ամրացում, ինչպես նաև հեղուկի ֆիլտր, որը պատրաստված է օղակի տեսքով, որի վրա մետաղական ցանց է զոդված: Նման արտադրանքի սերիական արտադրությունը տարեկան կազմում է 100,000:
Արտադրանքի արտադրության տիպիկ հիմնական տեխնոլոգիայում օգտագործվում են հետևյալ տեխնոլոգիական գործընթացները.
- աչքով գլխի համար նախատեսված դարբնոցների արտադրություն.
- դարբնոցների համալիր մեքենայացված մշակում;
- մեխանիկական մեթոդով մարմնի վրա անցքեր կտրելը (մի քանիսը);
- անհրաժեշտ մասերի եռակցումը անցքերի մեջ;
- Գլխի եռակցումը հիմնական մարմնին ձեռքով աղեղ է, կան թերությունների մեծ տոկոս, որոնց պատճառը, ի թիվս այլ բաների, երկրաչափության խախտումներն են (այսինքն, գլխի առանցքի և մխոցի առանցքի տեղաշարժը);
- ձողի ծավալային կարծրացում, քրոմապատում և մանրացում;
- օղակաձեւ ցանցի կտրում;
- ցանցի հետագա զոդումը արտաքին և ներքին ուրվագծերի երկայնքով (բավականին դժվար ավտոմատացված գործընթաց՝ թերությունների բարձր մակարդակով):
Այս թեստային առաջադրանքի արդյունքը՝ 1 – մարմին, 2 – ծածկ, 3 – եռակցված մաս, 4 – անցքերով օղակ, 5 – զտիչ ցանց: Օպտիկամանրաթելային լազեր.
Հնարավո՞ր է արդյոք օպտիկամանրաթելային լազեր օգտագործել նման արտադրանքի արտադրության տեխնոլոգիական գործընթացն իրականացնելու կամ պարզեցնելու համար: Գաղափարի էությունը հետևյալն է՝ օգտագործել մանրաթելային լազեր անմիջապես ժամանակի բաժանման ռեժիմում՝ դրանով իսկ բեռնելով դրա ռեսուրսը տարբեր գործողություններով։ Տեխնիկական տեսանկյունից նման հնարավորություն կա, բայց դրա տեխնիկական կողմերը մենք կքննարկենք պատմության վերջում:
Ելնելով տվյալների բազայից ստացված օպտիկամանրաթելային լազերի լազերային տեխնոլոգիայի պարամետրերից՝ մենք նախ և առաջ գնահատում ենք, որ մեզ անհրաժեշտ կլինի 1500 Վտ հզորությամբ լազերային աղբյուր։ Սա, իհարկե, նվազագույն հզորությունն է, որն անհրաժեշտ է տարրերը հուսալիորեն զոդելու համար: Քանի որ նախատեսվում է լազերի բազմաֆունկցիոնալ օգտագործում, ռոբոտային սարքավորումների գինը, որպես կանոն, պետք է ավելի բարձր լինի։
Հարկ է նշել նաև մի չափազանց կարևոր անբաժանելի առավելություն. արտադրանքի որակի մակարդակի բարձրացումը չափազանց կարևոր և նշանակալի մրցակցային գործոն է անմիջապես վաճառքի շուկայում, ինչը մեզ թույլ է տալիս զբաղեցնել դրա զգալի մասը։
Հատկապես հարկ է ընդգծել, որ մանրաթելային լազերը և դրա օգտագործման բոլոր ծրագրված տեխնոլոգիական գործընթացների օգտակար իրագործելիությունը արդեն անցել են համապատասխան փորձարկումներ և առկա են այդ գործընթացների վերաբերյալ նախնական փորձարարական տվյալներ:
Այսպիսով, մանրաթելային լազերը, նրա համալիր օգտագործումը լազերային տեխնոլոգիաների մի շարք կարող է բավականին իրատեսորեն տալ բավականին մեծ ընդհանուր ազդեցություն, բայց միայն այն պայմանով, որ լազերային սարքավորումը լիովին բեռնված է:
Լազերային արտադրության տարբերակի արժեքը հաշվարկվում է միայն արդյունաբերական ձեռնարկության թերագնահատված արժեքով, բայց րոպեի արժեքի ազնիվ հաշվարկը հստակ ցույց է տալիս, որ նման նախագծի շահութաբերության սահմանն այնքան մեծ է և ակնհայտ, որ այն նույնիսկ զգալիորեն շահութաբեր է: բարձր վերադիր ծախսերով, և սա փաստ է:
Հարկ է նշել նաև օպտիկամանրաթելային լազերը. լազերային համակարգի նախագծողը կարող է առաջարկել տեխնոլոգիական ֆունկցիոնալությունը բաժանել 2 լազերային համալիրների՝ ասիմետրիկ (այսինքն՝ ոչ հավասարապես)՝ 1-ին լազերային համալիրը կատարում է բացառապես անցքեր և եռակցման աշխատանքներ, իսկ 2-րդը՝ ֆիլտրերի արտադրության և ձողերի կարծրացման մնացած գործողություններ: Կամ այն կարող է թողնել միայն առաջին համալիրը, որն իրականացնում է գործողություններ առաջին երկու գործոնների հիման վրա՝ ընդհանուր ծրագրի շահութաբերության մեջ նրանց հիմնական ներդրման շնորհիվ: Օպտիկամանրաթելային լազեր, այս որոշումները միանշանակ շատ առումներով որոշվելու են տեխնիկական խնդիրներով, մասնավորապես՝ «Ինչպե՞ս է իրականացվում բազմաֆունկցիոնալությունը» հարցերը։ - «Իսկապե՞ս դա հնարավո՞ր է տեխնիկապես իրականացնել»: - «Ի՞նչ անմիջական խնդիրների կարող է հանգեցնել սա»: Դիտարկենք տարբերակներն ու հնարավորությունները։
Օպտիկամանրաթելային լազեր և դրա կիրառությունները.
Տրամադրված թեստային առաջադրանքի համար իր մանիպուլյատորի վրա տեղադրված լազերային գլխով ռոբոտի օգտագործումը լիովին հաջող լուծում է: Առաջին հերթին, ռոբոտը ունակ է ավտոմատ կերպով եռակցել օղակը հիմնական ծածկույթին բոլոր 4 կողմերից՝ անցումների վրա ծախսվող նվազագույն ժամանակով, իսկ տարրական պտտվող արտադրանքի դիրքավորիչի արտադրության ժամանակ՝ հեռացնելով և ձեռքով տեղադրմամբ, ժամանակի կորուստ ուղղակիորեն բեռնումն ու բեռնաթափումը նույնպես նվազագույնի կհասցվի: Ինչը, իհարկե, ճիշտ է նաև կտրման և եռակցման այլ գործողությունների համար:
Ունիվերսալ ռոբոտների օգտագործումն այն առավելությունն ունի, որ ոչ ստանդարտ տեխնոլոգիական սարքավորումների և գործիքների նախագծման և այնուհետև արտադրության ծախսերը գործնականում վերացվում են: Քանի որ արտադրական ուսուցման հիմնական բեռը ընկնում է հենց ռոբոտի համար որոշակի ծրագրերի պատրաստման վրա, այսինքն, դրա արդյունավետության վրա:
ԲԱԶՄԱԿԱՆ ԿԱՅՔԵՐԻ ՕԳՏԱԳՈՐԾՈՒՄԸ.
Այս լուծումը պահանջում է բացարձակապես բոլոր տեխնոլոգիական գործողությունների համար առանձին տեխնոլոգիական կայանի մշակում, որը հագեցած է բարձր ֆունկցիոնալ մանիպուլյատորով։ Որոշակի գործողության ավարտից հետո լազերային գլուխը, որը միացված է օպտիկական մալուխով լազերին, նորից տեղադրվում է մեկ այլ տեխնոլոգիական կայանում և համապատասխանաբար վերափոխվում է նույն կամ արտադրանքի մեկ այլ խմբաքանակի վրա կատարված մեկ այլ գործողության համար:
Որոշակի գործողության ավարտից հետո օպտիկական մալուխով լազերին միացված մանրաթելային լազերային լազերային գլուխը նորից տեղադրվում է մեկ այլ տեխնոլոգիական կայանում՝ համապատասխանաբար հարմարեցվում է մեկ այլ գործողության և վերամշակվում է մեկ այլ գործողություն, որը կատարվում է նույն կամ այլ վրա։ ապրանքների խմբաքանակ:
Օպտիկամանրաթելային լազեր Ցավոք, դեռ հնարավոր չէ ունենալ անհատական լազերային տեխնոլոգիական գլուխներ տարբեր դիրքերում: Քանի որ արտադրամասի միջավայրում օպտիկական մալուխի գլխից անջատելը խստիվ արգելվում է փոշու պատճառով, քանի որ օպտիկական մանրաթելից փոշու չնչին կետը, երբ այն հարվածում է օպտիկական ելքին, որպես կանոն, հանգեցնում է այս ելքի անդառնալի ոչնչացմանը: Այս խնդրի լուծումը անհամբերությամբ սպասում են նմանատիպ սարքավորումներ ունեցող բոլոր ձեռնարկություններին, և գուցե մոտ ապագայում այն դեռ գտնվի։
ՕՊՏԻԿԱԿԱՆ ՄՈՒԼՏԻՊԼԵՔՍԵՐՆԵՐԻ ԿԻՐԱՌՈՒՄ
Նոր գործառույթ, որը ներկայումս հազվադեպ է օգտագործվում: Դրա հիմնական էությունը հետևյալն է. դուք կարող եք ձեռք բերել որոշակի հատուկ լազերային ճառագայթով անջատիչ, որը միացված է լազերային մուտքի միջոցով, իսկ առանձին կետերում մի քանի ելքերով պրոցեսի գլխիկներով: Ճառագայթման անցումը բավականին արագ է տեղի ունենում կայանների միջև, և նման համակարգը կարող է նվազագույնի հասցնել արտադրանքի փոփոխման և տեխնոլոգիական անցումների ժամանակի կորուստը:
Դա անելու համար վերին մակարդակի համակարգը պետք է ապահովի դիսպետչերական գործառույթներ, ինչպես նաև բաշխի լազերային աղբյուրի ռեսուրսները ուղղակիորեն՝ համաձայն այդ տեխնոլոգիական ստորաբաժանումների պահանջների: Քանի որ ձևավորման համար հաշվարկներում մենք ենթադրում էինք, որ բեռնման և բեռնաթափման ժամանակն առնվազն հավասար է շահագործման ժամանակին, այս դեպքում նման մուլտիպլեքսոր օգտագործելիս միայն մեկ լազեր կբավականացնի մոտավորապես 100000-ի արտադրության համար թեստային ծրագիր իրականացնելու համար: ապրանքներ.
Նման մուլտիպլեքսորի արժեքը մոտ 1-2 միլիոն ռուբլի է: Բացի այդ, հարկ է նշել, որ մանրաթելային լազերը կարելի է պատվիրել ներկառուցված մուլտիպլեքսերի միջոցով, որն ունի մի քանի ելք:
Թերևս միակ թերությունն այն է, որ մուլտիպլեքսորը մի փոքր վատացնում է ճառագայթման որակը (այսինքն, ելքի ժամանակ անհրաժեշտ է օգտագործել շատ ավելի մեծ խաչմերուկի մանրաթել), բայց դա կարևոր է միայն լազերային կտրման համար: Օպտիկամանրաթելային լազերային, դրա համանման համակարգը ամենաօպտիմալն ու նպատակահարմարն է։ Մուլտիպլեքսորի համար լրացուցիչ կապիտալ ծախսերը բազմապատիկ փոխհատուցվում են լազերային բեռնվածության մակարդակի շնորհիվ:
Այսպիսով՝ 1 – լազերային, 2 – օպտիկական անջատիչ, 3 – գլխիկ (տեխնոլոգիական), 4 – տեխնոլոգիական կայան, 5 – կենտրոնական կառավարման համակարգ:
Լազերային գլխիկների բազմակողմանիության հետ կապված ևս մեկ կարևոր խնդիր. Եթե նախատեսում եք օգտագործել արդյունաբերական ռոբոտ կամ բազմակայան տարածք, ապա լազերային գլուխը պետք է ունենա բազմակողմանիության հատկություն (այսինքն՝ կարողանա կատարել տարբեր տեխնոլոգիական գործընթացներ) . Այսօր արևմտյան արտադրողները նման գլուխներ չեն արտադրում:
Այնուամենայնիվ, նման սարքավորումն արդեն գոյություն ունի. շուտով կսկսվի զանգվածային արտադրությունը՝ ունիվերսալ կարգավորվող գլխիկ, որը կարող է կատարել տեխնոլոգիական գործողությունների ողջ հիմնական շարքը՝ օգտագործելով մանրաթելային լազերային ճառագայթումը (եռակցում, կտրում, կարծրացում, պերֆորացիա): Գլխի հարմարեցումը ցանկացած կոնկրետ գործողության իրականացվում է ինչպես օպտիկական համակարգի ավտոմատ փոխակերպման, այնպես էլ փոխարինելի տեխնոլոգիական կցորդի միջոցով (այսինքն՝ դրա փոխարինումը), որը կցվում է հայտնի մագնիսական կախոցի սկզբունքով:
Օպտիկամանրաթելային լազեր, դրա առավելությունները.
Հաշվարկները ցույց են տալիս, որ մանրաթելային լազերը զգալի տնտեսական ներուժ ունի:
- Ժամանակակից լազերների վրա հիմնված մանրաթելային լազերային նախագծերի բարձր եկամտաբերությունն ապահովված է բացառապես սարքավորումների առավելագույն ծանրաբեռնվածությամբ, այսինքն՝ շնորհիվ բավականին նշանակալի հուսալիության և նոր լազերների եզակի ռեսուրսի, դա տեխնիկապես հնարավոր է:
- Բազմաֆունկցիոնալ տեխնոլոգիական ոլորտները, որոնք կիսում են լազերային աղբյուրի ռեսուրսը, կարող են բավականին նշանակալից ապագա ունենալ:
- Չնայած զգալի կապիտալ ներդրումներին, լազերային սարքավորումների և ընդհանրապես լազերային տեխնոլոգիական համակարգերի վերադարձը կարող է լինել շատ, շատ արագ՝ մինչև 1-1,5 տարի:
Օպտիկամանրաթելային լազերը ամբողջությամբ կամ մասնակիորեն օպտիկամանրաթելային ներդրմամբ լազեր է, որտեղ ստացման միջավայրը և, որոշ դեպքերում, ռեզոնատորը պատրաստված են օպտիկական մանրաթելից:
Օպտիկամանրաթելային լազերը լրիվ կամ մասնակի օպտիկամանրաթելային ներդրմամբ լազեր է, որտեղ օպտիկական մանրաթելԱպատրաստվում են շահույթի միջավայր և, որոշ դեպքերում, ռեզոնատոր: Կախված մանրաթելերի ներդրման աստիճանից, լազերը կարող է լինել ամբողջական մանրաթել (ակտիվ միջավայր և ռեզոնատոր) կամ դիսկրետ մանրաթել (միայն մանրաթելային ռեզոնատոր կամ այլ տարրեր):
Օպտիկամանրաթելային լազերները կարող են գործել ինչպես շարունակական, այնպես էլ նանո և ֆեմտովայրկյան իմպուլսային իմպուլսներով:
Դիզայն լազերայինկախված է նրանց աշխատանքի առանձնահատկություններից: Ռեզոնատորը կարող է լինել Fabry-Pero համակարգ կամ օղակաձև ռեզոնատոր: Դիզայնների մեծ մասում որպես ակտիվ միջավայր օգտագործվում է հազվագյուտ հողային տարրերի իոններով օպտիկական մանրաթել՝ թուլիում, էրբիում, նեոդիմ, իտերբիում, պրազեոդիմ։ Լազերը մղվում է մեկ կամ մի քանի լազերային դիոդների միջոցով անմիջապես մանրաթելային միջուկի մեջ կամ, բարձր հզորության համակարգերում, ներքին երեսպատման մեջ:
Օպտիկամանրաթելային լազերները լայնորեն օգտագործվում են պարամետրերի լայն ընտրության և իմպուլսի հարմարեցման ունակության շնորհիվ՝ տևողությունների, հաճախականությունների և հզորությունների լայն շրջանակում:
Մանրաթելային լազերների հզորությունը 1 Վտ-ից մինչև 30 կՎտ է: Օպտիկական մանրաթելերի երկարությունը՝ մինչև 20 մ:
Մանրաթելային լազերների կիրառությունները.
– կտրումմետաղներ և պոլիմերներ արդյունաբերական արտադրության մեջ,
– ճշգրիտ կտրում,
– միկրոմշակում մետաղներև պոլիմերներ,
– մակերեսային բուժում,
– զոդում,
– ջերմային բուժում,
– արտադրանքի պիտակավորում,
– հեռահաղորդակցություն (օպտիկամանրաթելային կապի գծեր),
– էլեկտրոնիկայի արտադրություն,
– բժշկական սարքերի արտադրություն,
– գիտական գործիքավորում.
Մանրաթելային լազերների առավելությունները.
– մանրաթելային լազերները եզակի գործիք են, որը նոր դարաշրջան է բացում նյութերի մշակման մեջ,
– շարժականությունը և օպտիկամանրաթելային լազերների ալիքի երկարությունը ընտրելու հնարավորությունը թույլ են տալիս նոր արդյունավետ կիրառություններ, որոնք հասանելի չեն ներկայումս գոյություն ունեցող լազերների այլ տեսակների համար,
– գերազանցում են լազերների այլ տեսակներին՝ դրանց արդյունաբերական օգտագործման տեսանկյունից կարևոր գրեթե բոլոր նշանակալի պարամետրերով,
– զարկերակը հարմարեցնելու հնարավորություն տևողությունների, հաճախականությունների և հզորությունների լայն շրջանակում,
- անհրաժեշտ հաճախականությամբ և բարձր գագաթնակետային հզորությամբ կարճ իմպուլսների հաջորդականություն սահմանելու ունակություն, որն անհրաժեշտ է, օրինակ, լազերային փորագրության համար,
– պարամետրերի լայն ընտրություն:
Տարբեր տեսակի լազերների համեմատություն.
| Պարամետր | Պահանջվում է արդյունաբերական օգտագործման համար | CO 2 | ՅԱԳ-Նդ լամպ-պոմպ | Դիոդային պոմպային ՅԱԳ-Նդ | Դիոդային լազերներ | |
| Ելքային հզորություն, կՎտ | 1…30 | 1…30 | 1…5 | 1…4 | 1…4 | 1…30 |
| Ալիքի երկարություն, մկմ | որքան հնարավոր է քիչ | 10,6 | 1,064 | 1.064 կամ 1.03 | 0,8…0,98 | 1,07 |
| BPP, մմ x mrad | < 10 | 3…6 | 22 | 22 | > 200 | 1,3…14 |
| Արդյունավետություն, % | > 20 | 8…10 | 2…3 | 4…6 | 25…30 | 20…25 |
| Մանրաթելային ճառագայթման առաքման տիրույթ | 10…300 | բացակայում է | 20…40 | 20…40 | 10…50 | 10..300 |
| Ելքային հզորության կայունություն | որքան հնարավոր է բարձր | ցածր | ցածր | ցածր | բարձր | շատ բարձր |
| Հետադարձ արտացոլման զգայունություն | որքան հնարավոր է ցածր | բարձր | բարձր | բարձր | ցածր | ցածր |
| Զբաղեցրած տարածք քմ | որքան հնարավոր է քիչ | 10…20 | 11 | 9 | 4 | 0,5 |
| Տեղադրման արժեքը, հարաբերական միավորները | որքան հնարավոր է քիչ | 1 | 1 | 0,8 | 0,2 | < 0,05 |
| Գործողության արժեքը, միավոր | որքան հնարավոր է քիչ | 0,5 | 1 | 0,6 | 0,2 | 0,13 |
| Սպասարկման արժեքը, միավոր | որքան հնարավոր է քիչ | 1…1,5 | 1 | 4…12 | 4…10 | 0,1 |
| Լամպերի կամ լազերային դիոդների փոխարինման հաճախականությունը, ժամ: | Ինչքան հնարավոր է շատ | – | 300…500 | 2000…5000 | 2000…5000 | > 50 000 |
2000w cw opto raycus pulsed fiber ytterbium laser 50w 100kw գնել արտադրող
մանրաթելային պինդ վիճակի լազերներ
մետաղ կտրող նրբատախտակ, հիանալի cernark փորագրման եղանակներ մանրաթելային լազերով խորը փորագրման եղանակներով
իտերբիումի մանրաթելային լազերային սարք
մանրաթելային մեքենա վաճառում է լազեր
շահագործման սկզբունքը արտադրության Fryazino 1.65 միկրոն տեխնոլոգիա ytterbium գնման գինը ipg hp 1 օպտիկական մետաղի կտրման համար փորագրություն զարկերակային շահագործման սկզբունքը մեքենայի օպտիկական կիրառություններ հզորություն արեք ինքներդ սարքի դիագրամ ալիքի երկարության եռակցման արտադրողը կրճատում է ալիքները
Պահանջարկի գործոն 902
Մանրաթելային լազերները հասկացվում են որպես օպտիկական պոմպային պինդ վիճակի լազերներ, որոնց ակտիվ տարրը լազերային ակտիվացնողների հավելումներով օպտիկամանրաթելային լույսի ուղեցույց է: Լույսի ուղղորդող համակարգերի համար ամենահեռանկարայինը լազերներն են, որոնք հիմնված են նեոդիմի իոնների կողմից ակտիվացված մանրաթելերի վրա, ունեն երկու հիմնական լազերային գիծ՝ կենտրոնական մկմ և մկմ ալիքի երկարությամբ, որոնք գտնվում են սպեկտրալ տիրույթում, որտեղ լույսի կորուստները և ցրվածությունը քվարցային մանրաթելերում նվազագույն են:
Բրինձ. 4.11. Ռելեի հատվածի երկարության կախվածությունը աստիճանավոր մանրաթելի համար տեղեկատվության փոխանցման արագությունից միկրոնների համար թուլացումով.
1 - լազերային դիոդի համար (BC հատվածի բնորոշ անկումը պայմանավորված է միջմոդի ցրվածությամբ) 2 - սբետո արտանետող դիոդի համար (բնութագրական անկումը պայմանավորված է հատվածում դիոդի լայն սպեկտրով, և ի լրումն հաճախականության բնորոշ անկում հատվածում)
Նեոդիմի ուժեղացման սպեկտրալ բնութագրերը գործնականում անկախ են արտաքին պայմաններից. արդյունավետորեն ներդնել ճառագայթումը մանրաթելային լույսի ուղեցույցների մեջ, ներառյալ և մի ռեժիմ:
Չնայած այս առավելություններին և, ինչպես կցուցադրվի ստորև, լայն ֆունկցիոնալությանը, մանրաթելային լազերները դեռ չեն լքել հետազոտության փուլը: Սա բացատրվում է նրանով, որ օպտիկամանրաթելային համակարգեր ստեղծելիս շատ խնդիրներ լուծվել են լավ զարգացած կիսահաղորդչային արտանետիչների միջոցով, հատկապես առաջին հերթին ներդրվող բավականին պարզ համակարգերում, որտեղ որոշիչ դեր է խաղում կիսահաղորդչային աղբյուրների հիմնական առավելություններից մեկը։ - պոմպի հոսանքի միջոցով ճառագայթման ինտենսիվության ուղղակի մոդուլյացիայի հնարավորությունը. Պինդ վիճակում գտնվող լազերներում, մասնավորապես նեոդիմում ակտիվացված միջավայրի վրա հիմնված լազերներում, ճառագայթման ինտենսիվության բարձր արագության մոդուլյացիան՝ փոխելով պոմպի հզորությունը, սկզբունքորեն անհնար է համեմատաբար երկար երկայնական թուլացման ժամանակի պատճառով: Շրջված պոպուլյացիան արագ «միացնելու» անկարողությունը սահմանափակում է ուղղակի մոդուլյացիայի հաճախականությունները Հց արժեքներով: Լույսի ուղեցույց համակարգերի մշակում, հատկապես մոտ ապագայի հեռանկարային համակարգերի մշակում` համահունչ ընդունմամբ և բազմալիքային սպեկտրալով
խտացումը խթանում է մանրաթելային լազերների զարգացումը, որոնք կարող են օգտագործվել ոչ միայն որպես գեներատորներ, այլև որպես լույսի ուժեղացուցիչներ:
Առկա մանրաթելային լազերային նմուշները կարելի է բաժանել երեք խմբի. Առաջին խմբի օպտիկամանրաթելային լազերներն օգտագործում են մի քանի երկար մանրաթելից կազմված կապոցներ և հզոր պոմպային իմպուլսային գազի արտանետման լամպերով: Դրական հետադարձ կապը նման կառույցներում ձևավորվում է մանրաթելերի ծայրերից լույսի արտացոլման և միկրոկռումներում և անհամասեռությունների մոտ հետ ցրման շնորհիվ:
Բրինձ. 4.12. Օպտիկամանրաթելային լազերների ձևավորում. ա - ծայրային պոմպով; բ - փոքր տրամագծով մանրաթելերի լայնակի պոմպով, գ - քանոնի վրա մանրաթելերի ուղղակի տեղադրմամբ - արտանետող հարթակ - լազերային ռեզոնատոր հայելի, ճառագայթման համար թափանցիկ, 13 - ակտիվ մանրաթել, 5 - ռեզոնատոր հայելի; 6 - օպտիկական սոսինձ, 8 - ռեֆլեկտոր, 9 - ապակե գլան, 10, 12 - ռադիատորներ; 11, 14 - LED գծեր
Խողովակների պոմպացումը հնարավորություն է տալիս մեկ անցումով հասնել բարձր շահույթների, սակայն պահանջում է հարկադիր հեղուկ հովացման համակարգերի և մեծածավալ սնուցման սարքերի օգտագործում, ինչը, ըստ երևույթին, անիրատեսական է դարձնում փոքր չափի սարքերի ստեղծումը: Այս առումով որոշակի հեռանկարներ կարող են լինել գազի արտանետման միկրոլամպերի օգտագործումը: Լամպերով պոմպային նմուշների առավելությունները ներառում են դրանք որպես շրջող ալիքային օպտիկական ուժեղացուցիչներ և բավականին բարձր (~ 30-40 դԲ) հզորությամբ ռեգեներատիվ ուժեղացուցիչներ օգտագործելու հնարավորություն:
Մանրաթելային լազերային նմուշների երկրորդ խումբը օգտագործում է նեոդիմումի իոններով հագեցած մոնոբյուրեղային և ապակե մանրաթելերի կարճ երկարություն: Պոմպումն իրականացվում է մանրաթելի վերջի միջով կիսահաղորդչային լազերային կամ LED-ով: Պոմպի բավականաչափ բարձր արդյունավետություն ձեռք է բերվում GaAlAs GVD-ի վրա հիմնված կիսահաղորդչային արտանետիչի արտանետումների սպեկտրը համապատասխանեցնելով նեոդիմի ինտենսիվ կլանման գծերից մեկի հետ, որի կենտրոնական ալիքի երկարությունը մոտ է մոտ:
0,81 մկմ. Երկրորդ խմբի մանրաթելային լազերների դիզայնը սխեմատիկորեն ներկայացված է Նկ. 4.12, ա. Ակտիվ միջավայրի ցածր շահույթի պատճառով ձևավորվում է լազերային խոռոչ
դիէլեկտրական հայելիներ բարձր արտացոլմամբ: Այս դիզայնն ունեն լազերները, որոնք հիմնված են միաբյուրեղային մանրաթելերի վրա՝ պատրաստված իտրիումի ալյումինե նռնաքարից՝ նեոդիմով և ապակե քվարցային մանրաթելերից՝ նեոդիմով։ Կան հաղորդումներ բյուրեղային մանրաթելում կրիպտոնային լազերի միջոցով վերջնաժամկետ մղելու և ռուբինե մանրաթելում արգոն լազերի միջոցով մղելու մասին: մկմ տրամագծով: Արտաքին ռեզոնատորը (նկ. 4.12, ա) ձևավորվել է դիէլեկտրական ծածկույթով հայելիներից, որոնցից մեկն ուներ անդրադարձողություն լազերային ճառագայթման համար միկրոններով և միայն պոմպի ճառագայթման համար, երկրորդ հայելին՝ նույնքան բարձր արտացոլմամբ լազերային ճառագայթման համար, արտացոլում էր պոմպը։ լույսը բավականին լավ Հայելիները գտնվում էին մանրաթելի ծայրերին գրեթե մոտ: Պոմպումն իրականացվել է 85 մկմ արտանետվող տարածքի տրամագծով մակերեսային լուսադիոդով: Պոմպի շեմային հզորությունը եղել է
Այս դիզայնի մանրաթելային լազերների հիմնական առավելություններն են ցածր էներգիայի սպառումը և ընդհանուր չափերը: Հիմնական թերությունները. վերջի պոմպային միացումը թույլ չի տալիս օգտագործել 1 սմ-ից ավելի երկարությամբ մանրաթելային հատվածներ, ինչը սահմանափակում է ելքային հզորությունը: Բացի այդ, այս լազերների արտադրության և հավասարեցման տեխնոլոգիան բարդ է, և ծայրերից մեկում պոմպի LED-ի առկայությունը բարդացնում է լազերի օգտագործումը որպես օպտիկական ազդանշանի ուժեղացուցիչ:
Բազմապտույտ մանրաթելային լազերներ լայնակի մղումով LED ձողերով (Նկարը ներկայացնում է երրորդ խմբի դիզայնը: LED շերտի վրա տեղադրված են ապակե մանրաթելերի մի քանի պտույտներ, որոնց միջուկը ակտիվանում է նեոդիմի իոններով: Դիզայնը որոշակի չափով համատեղում է առաջին և երկրորդ խմբերի օպտիկամանրաթելային լազերների առավելությունները և զուրկ է դրանց թերությունների մեծ մասից Օպտիկական մանրաթելերի լայնակի պոմպային սխեմայի շնորհիվ բավականին մեծ շահույթ ստանալը արդյունավետ է նեոդիմի բարձր խտությամբ և, համապատասխանաբար, բարձր կլանման գործակիցով Պոմպի լույսը Նեոդիմի ուլտրաֆոսֆատներից պատրաստված մանրաթելերն ունեն նման հատկություն՝ LED գծերի վրա բազմակողմանի տեղադրումը: Այսպիսով, մանրաթելի կտորը բազմիցս քաշվում է մոտ 1 մմ տրամագծով ապակե գլանով (նկ. 4.12, բ), որի արտաքին մակերեսին կիրառվում է ռեֆլեկտիվ ծածկույթ։
բարձրացնելով պոմպի ճառագայթման օգտագործման արդյունավետությունը: Այս մեթոդը նախընտրելի է փոքր արտաքին տրամագծով (մկմ) մանրաթելերի համար: Ավելի մեծ տրամագծով մանրաթելեր կարող են դրվել լուսադիոդային գծի վրա, որպեսզի շրջվի (նկ. 4.12, գ): Երկու նմուշներն էլ կարող են օգտագործվել որպես շրջող ալիքի օպտիկական ուժեղացուցիչներ, ընդ որում լույսի ուղեցույցի մի ծայրը ուժեղացուցիչի մուտքն է, իսկ մյուսը՝ ելքը: Մանրաթելերի ծայրերին հայելային ծածկույթների կիրառումը թույլ է տալիս լազել Fabry-Pero մանրաթելային ռեզոնատորով:
Ակտիվ օպտիկական մանրաթելերում լազերային պրոցեսների առանձնահատկությունները որոշվում են դրական արձագանքի բացակայության դեպքում հատուկ լազերային գեներացիայի առկայությամբ:
Բրինձ. 4.13. Օպտիկամանրաթելային լույսի ուղեցույց. ա - ակտիվ միջուկով և պասիվ ծածկով; բ - պասիվ միջուկով և ակտիվ պատյանով (2)
Սա է հիմնական տարբերությունը մանրաթելային լազերների և լազերների միջև, որոնք հիմնված են ծավալային ակտիվ տարրերի վրա: Այս գործընթացի էությունը բացատրելու համար, որը մոտ է կիսահաղորդչային LED-ների գերլուսավորության ռեժիմին, դիտարկենք լուսային ուղեցույցի որոշ տարրական հատված, որում ստեղծվում է շրջված պոպուլյացիա (նկ. 4.13, ա): Ինքնաբուխ արտանետումը տեղի է ունենում հավասար հավանականությամբ բոլոր ուղղություններով, բայց ճառագայթումը, որը կենտրոնացած է անկյունների երկու կոններում, որոնք ունեն ընդհանուր առանցք մանրաթելի հետ և որոշվում են բացման անկյան տակ 20, չի հեռանում միջուկից: Այստեղ
որտեղ են համապատասխանաբար միջուկի և ծածկույթի բեկման ցուցիչները: Այս ճառագայթումը գրգռում է մանրաթելի բնական տատանումները (ռեժիմները), որոնք ուժեղանում են մանրաթելի երկայնքով դեպի աջ և ձախ տարածման ժամանակ (նկ. 4.13, ա): Նույն պատկերը նկատվում է ակտիվ մանրաթելային միջուկի ցանկացած այլ տարրական հատվածի համար: Նման մանրաթելային լույսի աղբյուրի ելքում ճառագայթման դիվերգենցիան մոտավորապես որոշվում է մանրաթելի թվային բացվածքով
Քանի դեռ ակտիվ լուսային ուղեցույցում միմյանց նկատմամբ տարածվող լույսի ալիքների ինտենսիվությունը զգալիորեն պակաս է այն արժեքից, որը հագեցնում է շահույթը, հակատարածվող ալիքները անկախ են, ինչպես նաև լույսի ուղեցույցի տարբեր ռեժիմներով փոխանցվող էներգիաները: Այս պայմաններում գրգռված արտանետման պատճառով ինքնաբուխ արտանետման ուժեղացման գործընթացը նկարագրվում է լազերային ուժեղացուցիչի հայտնի հավասարումներով՝ առանց հագեցվածության և հաշվի առնելով ինքնաբուխ արտանետումը։ Մեկ ռեժիմում ճառագայթման սպեկտրային հզորության խտությունը մանրաթելի երկարության ակտիվ հատվածի ելքում (նկ. 4.13, ա) հավասար է.
Ահա Պլանկի հաստատունը. - լույսի թրթռումների հաճախականությունը; - վերին և ստորին լազերային մակարդակների բնակչություն. - շահույթ մեկ միավորի երկարության համար, որտեղ է Էյնշտեյնի գործակիցը հարկադիր անցման համար. - սպեկտրային շահույթի գծի նորմալացված ձևը. c-ն լույսի արագությունն է։ Արտադրվող առավելագույն հզորությունը կարող է սահմանափակվել կամ մանրաթելի երկարությամբ, կամ, ինչպես ռեզոնատորներով լազերներում, հագեցվածությամբ: Բնականաբար, ուժեղացման գործընթացում գեներացիայի սպեկտրը նեղանում է լյումինեսցենցիայի սպեկտրի համեմատ՝ պայմանավորված այն հանգամանքով, որ գծի կենտրոնում սպեկտրալ բաղադրիչներն ավելի են ուժեղացվում։ Սպեկտրի լայնությունը որոշվում է շահույթով և ձևով, իսկ արտանետումների սպեկտրը շարունակական է՝ ռեզոնատորի բացակայության պատճառով։
Հատուկ մանրաթելային լազերային գործընթացը, որը քննարկվում է, ունի երեք նշանակալի ասպեկտ.
1. Ակտիվ մանրաթելային լույսի ուղեցույցը կարող է օգտագործվել որպես լույսի աղբյուր առանց օպտիկական ռեզոնատորի:
2. Ավանդական խոռոչի դիզայնի օգտագործմամբ մանրաթելային լազերներ ստեղծելիս անհրաժեշտ է հաշվի առնել, որ դիտարկված գործընթացը կարող է հանգեցնել մեկ անցումով հագեցվածության ձեռքբերման, ինչի արդյունքում հետադարձ կապը կկորցնի իր նշանակությունը։ Այս դեպքում և արժեքները պետք է ընտրվեն այնպես, որ դրանք հեռու լինեն այն արժեքից, որը հագեցնում է շահույթը:
3. Օպտիկամանրաթելային ուժեղացուցիչներում քննարկվող գործընթացի արդյունքում լույսի առաջացումը աղմուկի հիմնական աղբյուրն է: Աղմուկի հզորության սպեկտրային խտությունը մեկ ռեժիմում, վերահաշվարկված ուժեղացուցիչի մուտքագրման համար, ինչպես հետևում է բանաձևից (4.12), հավասար է.
Չորս մակարդակի համակարգում, ինչպիսին է նեոդիմի լազերային մակարդակի միացումը, սովորաբար բարձր շահույթով
Ծավալային ուժեղացուցիչներում ուժեղացված ինքնաբուխ արտանետման աղմուկը վաղուց համարվում էր սկզբունքորեն անշարժ (տե՛ս, օրինակ, աշխատանքը), սակայն մանրաթելային ուժեղացուցիչներում դրա մակարդակը կարող է զգալիորեն նվազել, երբ օգտագործվում է Նկ. 4.13, 6. Միաձույլ մանրաթել, որի միջուկը պատրաստված է քվարցային ապակուց՝ բեկման ինդեքսը մեծացնող հավելումով, օրինակ, ունի նեոդիմի իոններով ակտիվացված ապակու երեսպատում։ Ծածկույթում հակադարձ պոպուլյացիայի ստեղծումը հանգեցնում է առանցքային ռեժիմի ուժեղացմանը արդյունավետ շահույթով
որտեղ է շահույթը պատյանում; - հիմնական ռեժիմի հզորության մի մասը, որը տարածվում է ծածկույթի մեջ. P-ն այս ռեժիմով տեղափոխվող ընդհանուր հզորությունն է: Հարաբերակցությունը փոխվում է 0,99-ից մինչև 0,1, երբ մանրաթելային պարամետրը փոխվում է 0,6-ից մինչև 2,4048: Երբ միջուկը սկսում է արդյունավետորեն ուղղորդել հիմնական ռեժիմը՝ տեղայնացնելով իր դաշտը իր մոտ, երկրորդ ռեժիմը ոգևորվում է: Բանաձևը ստացվել է այնպես, ինչպես երեսպատմամբ մանրաթելի թուլացման գործակցի արտահայտությունը, որում տեղի են ունենում ճառագայթման կորուստներ, որոնք որակով զիջում են մանրաթելայիններին: Առաջինի զգալի թերություններն են ուժեղացման գծի ջերմաստիճանի անկայունությունը (միկրոնների համար), զգալի կորուստները միաձև մանրաթելային լուսային ուղեցույցները ուժեղացուցիչի հարթ լույսի ուղեցույցին միացնելիս և աղմուկի հզորության բարձր մակարդակը՝ գերլուսավորության ճառագայթումը:
Օպտիկամանրաթելային լազերները բացում են FOD-ների նոր տեսակների ստեղծման հնարավորությունը: Զգայուն տարրը, որը մանրաթելային լույսի ուղեցույց է, այստեղ մանրաթելային օղակի կամ գծային լազերային ռեզոնատորի մի մասն է:
Բրինձ. 4.14. Մեկ հաճախականությամբ մանրաթելային լազերներ բաշխված հետադարձ կապով (ա) և Բրագի հայելիներով (բ). 1 - ակտիվ միջուկ; 2 - պարբերական կառուցվածքով պատյան
Արտաքին գործոնների ազդեցության տակ լույսի տատանումների փուլի փոփոխությունը հանգեցնում է լազերներում տարբեր ռեժիմների առաջացման հաճախականությունների փոփոխության։ Արտաքին ազդեցությունների մասին տեղեկատվությունը պարունակվում է ինտերմոդային հարվածների հաճախականության փոփոխության մեջ: Օղակաձեւ ռեզոնատորով մանրաթելային լազերի հիման վրա, որն իրականացվում է լուսային ուղեցույցի ծայրերը եռակցելով կամ դրանք անջատելով, բավականին պարզ է փոքր չափի լազերային մանրաթելային գիրոսկոպ ստեղծելը։
Կայուն մեկ հաճախականությամբ մանրաթելային լազերները կարող են իրականացվել որպես բաշխված հետադարձ կապ կամ բաշխված Bragg արտացոլման ձևավորում: Դրա համար մանրաթելային արտացոլող սպեկտրային ֆիլտր է ստեղծվում մանրաթելի որոշակի հատվածներում՝ օգտագործելով ստորև նկարագրված մեթոդներից մեկը (տես պարագրաֆ 4.8) (նկ. 4.14): Նման աղբյուրները կարող են օգտագործվել փուլային ջրային դիոդներում:
Գերլյումինեսցենտ մանրաթելային լազերների օգտագործումը հնարավորություն է տալիս պարզեցնել պասիվ մանրաթելային գիրոսկոպների դիզայնը և բարձրացնել դրանց զգայունությունը՝ նվազեցնելով ծավալային տարրերի առկայությամբ առաջացած աղմուկի մակարդակը: Օղակաձեւ ինտերֆերոմետրերում և գիրոսկոպներում աղմուկի մակարդակը նվազում է աղբյուրի ճառագայթման համահունչ երկարության և ծավալային տարրերի քանակի նվազմամբ (տես բաժին 3.6): Օպտիկամանրաթելային աղբյուրում հեշտ է ապահովել, որ ճառագայթման համահունչ երկարությունը ավելի մեծ է, քան ինտերֆերոմետրի հակատարածվող ալիքների միջև եղած ճանապարհի տարբերությունը՝ պտտման և ոչ փոխադարձ ազդեցությունների պատճառով: Սուպերլյումինեսցենտային մանրաթելային լազերներն ունեն նմ սպեկտրի լայնություն և բավականին բարձր իմպուլսային հզորություն
միանում է օպտիկամանրաթելային օղակի ինտերֆերոմետրին՝ օգտագործելով ստանդարտ կցորդիչներ:
