Рассказываем о способе преодолеть технологические ограничения лазерной инженерии.
Физика когерентного сложения лазерных пучков
Когерентное сложение лазерных пучков — это метод, который позволяет существенно повысить плотность мощности излучения лазерного источника, складывая несколько пучков. Он основан на явлении интерференции: за счет сложения волн, излучаемых разными источниками, с определенными фазами, можно добиться конструктивной интерференции, когда амплитуды разных источников не гасят друг друга, а складываются. В таком случае суммируется не интенсивность, а поле — амплитуда вектора электромагнитной напряженности. Поэтому мощность получившегося пучка растет как квадрат количества складываемых пучков. При этом энергия концентрируется в узкой области.
Принцип когерентного сложения проиллюстрирован на рисунке:
Необходимое условие — отдельные пучки должны быть когерентны между собой. Это можно обеспечить, разделив пучок задающего генератора на несколько каналов, усиливая их независимо и внося необходимые поправки по фазе. Если условие когерентности не выполняется, то выигрыша по плотности мощности не будет, а мощность получившегося пучка будет пропорциональна не квадрату, а первой степени количества складываемых пучков:
На практике для когерентного сложения лазерных пучков необходимо с точностью до долей длины волны (λ/10 и лучше) синхронизировать оптические пути и фазы всех каналов в реальном времени, компенсируя термомеханические дрейфы и атмосферные возмущения.
Современные системы когерентного сложения пучков строятся преимущественно по схеме MOPA (Master Oscillator Power Amplifier). Один высококогерентный маломощный генератор (Master Oscillator) служит задающим генератором. Его излучение разделяется, усиливается в параллельных волоконных усилителях, после чего пучки когерентно суммируются.
Коррекция фаз происходит без необходимости прямого измерения фазы. Алгоритм вносит малые случайные возмущения в управляющие напряжения фазовых модуляторов и анализирует изменение суммарной мощности. Методом итераций система находит глобальный максимум.
Результаты
С помощью метода когерентного суммирования достигнуты впечатляющие результаты. Современные системы обеспечивают
- частоты коррекции в десятки килогерц, т.е. подавляют большинство технических вибраций
- более 100 кВт мощности в непрерывном режиме при сложении излучения массива волоконных лазеров
- число каналов — более 1000
- эффективность — более 95%.
- управление формой пучка в режиме реального времени на частотах кГц.
Основанные на этом принципе устройства доказали работоспособности в реальных условиях и ставят рекорды мощности. В следующих статьях мы расскажем о динамическом управлении формой пучка и применении таких систем для лазерной обработки материалов. Подписывайтесь на наш канал и читайте наши подборки о лазерах и технологиях.
Лазерные технологии в ЛАССАРД
Если вы хотите увидеть лазерные технологии в действии, то приезжайте к нам в шоурум! Мы покажем, как лазерные технологии работают на практике в станках для резки, сварки, маркировки, очистки и упрочнения, а также в гибридном станке 4 в 1.
Наши контакты:
📱 Сайт
📱 Интернет-магазин оптико-механических изделий и оптических столов
👥 ВК
📺 RUTUBE
🏭 Наше производство и шоурум: ОЭЗ «Технополис Москва», 109316, Россия, Москва, Волгоградский проспект, д. 42, корп. 5, пом. 1Н
📞 Наш телефон: +7 495 120 68 86
✉️ Наша почта: sales@lassard.ru