1. Jan nou koumanse
Fibre Lazè se yon lazè ki sèvi ak yon eleman latè ra dope vè fib kòm mwayen benefis la, ki gen yon rapò sifas / volim ki gen plis pase 1000 fwa sa yo ki nan yon lazè tradisyonèl blòk solid, ak bon pèfòmans chalè dissipation. Pou yon santèn wat nan lazè fib, dissipation chalè natirèl ka satisfè kondisyon yo dissipation chalè. Sepandan, ak devlopman rapid nan lazè fib, pouvwa pwodiksyon yo ogmante ane pa ane, menm rive nan echèl la kilowat, akòz yon varyete de rezon, tankou pèt pwopòsyon, fib la pral pwodwi efè tèmik grav. Difizyon tèmik nan materyèl la matris lakòz estrès ak chanjman endèks refraktif, endèks refraktif ki ba nan kouch polimerizasyon an gen tandans fè domaj tèmik, sa ki ka seryezman mennen nan eklate fib tèmik; ak akimilasyon kontinyèl nan chalè, tanperati debaz la dope ap ogmante, kantite patikil nan nivo a subenèji lazè ogmante ki mennen nan ogmante pouvwa papòt ak efikasite pant nan lazè a diminye, pandan y ap diminisyon nan efikasite nan pwopòsyon pral lakòz chanjman nan longèdonn pwodiksyon. . Yo nan lòd yo amelyore plis pouvwa a pwodiksyon lazè, lazè a fib pral kenbe tèt ak pi gwo pouvwa ponp limyè piki ak dansite enèji nan pwodiksyon an limyè siyal, yo rezoud efè tèmik li yo se yon defi grav fè fas a gwo pouvwa fib lazè sistèm nan.
2. Sous efè tèmik nan lazè fib
2.1 Efè pèt kwantik
Efè pèt kwantik se sous prensipal la nan chalè nan zòn nan nwayo fib se tou sous la nan chalè nannan. Akòz diferans nannan ant longèdonn ponp lan ak longèdonn siyal la, tout sistèm lazè fib yo akonpaye pa yon sèten pousantaj pèt pwopòsyon. Lè w pran 1080 nm longèdonn pwodiksyon lazè kòm yon egzanp, pwopòsyon pèt pwopòsyon nan longèdonn ponp 915 nm se apeprè 15.3 pousan.
2.2 Plizyè Pèt
Fib kouch pi wo a tanperati kritik nan 80 degre yo pral pwodwi denaturasyon materyèl oswa sifas chaffing ak lòt fenomèn. Nan operasyon lazè fib kontinyèl gwo pouvwa, kouch fib gen anpil chans depase limit chaj tèmik ki ka tolere, sa ki lakòz flit limyè CLADDING, epi finalman ka lakòz boule an jeneral nan lazè a.
Pwen fizyon an nan fib la gen yon efè tèmik ki pi grav, sitou nan de aspè: 1) materyèl la fib ak absòpsyon materyèl rekouvwi nan konvèsyon limyè pral pwodwi chalè, nan seri a kout longè, prèske konplètman transparan kouch kouch sou absòpsyon nan limyè. se yon ti kras, men sifas li yo pral pwodwi kèk mikwo-vide, lè se yon kondiktè pòv nan chalè, prezans nan vid fè rezistans nan tèmik vin pi gwo, kidonk li se fasil yo pwodwi depo tèmik nan pwen fizyon an Se poutèt sa, pwen an fizyon. gen tandans fè depo tèmik, sa ki lakòz tanperati siyifikativman pi wo; 2) paramèt fizyon yo pa apwopriye oswa de seksyon fib optik paramèt estriktirèl pa matche ak, ki pral mennen nan pèt fizyon, prezans nan rezistans tèmik fè tanperati a monte nan pwen fizyon an. Ogmantasyon nan tanperati a lakòz domaj tèmik nan fib optik la, epi an menm tan an gen yon pi gwo enpak sou ouvèti a nimerik nan fib optik la, ak chanjman nan ouvèti a nimerik siyifikativman afekte gid la limyè.
2.3 Efè radyasyon espontane
Nan estrikti MOPA a, lè limyè siyal la fèb, yon gwo kantite piki limyè ponp ka mennen nan yon ogmantasyon nan pwobabilite pou radyasyon fib espontane (ASE). Yon gwo kantite limyè radyasyon espontane o aza koule soti nan nwayo a nan revètman an vè kòm byen ke kouch fib la ak surchof ak boule kouch òganik la. Anplis de sa, jenerasyon an nan ASE tou ogmante pèt pwopòsyon an, ki mennen nan ogmante chofaj nan rejyon debaz la nan fib la.
2.4 Stimulé efè gaye Raman
Avèk aparisyon lazè fib ultra-wo pouvwa, dansite pouvwa lazè nan rejyon debaz la ap ogmante piti piti, ak efè Raman gaye (SRS) ankouraje piti piti vin faktè prensipal limit pou amelyorasyon pouvwa a. Pandan operasyon ki gen gwo pouvwa, lè siyal lazè pouvwa optik la rive nan kondisyon papòt SRS, lazè siyal la eksite ak ponpe limyè Raman ak yon frekans pi ba, sa ki lakòz pwosesis anplifikasyon limyè Raman. An menm tan an, ansanm ak pèt pwopòsyon, SRS pral agrave pwoblèm nan chofaj nan rejyon nwayo fib la.
3. Solisyon efè tèmik
Efè tèmik lazè fib gen yon enpak ki pa neglijab sou karakteristik fib ak pwodiksyon, kidonk li gen gwo siyifikasyon pou diminye enpak negatif efè tèmik la. Suppression nan efè tèmik sitou konsantre sou twa aspè sa yo:
1) Seleksyon rezonab nan paramèt fib dapre modèl teyori tanperati fib la;
2) Seleksyon rezonab nan estrikti ponpe ak mòd ponpe se fezab nan realizasyon an nan distribisyon tanperati inifòm ak rediksyon nan efè tèmik;
3) Seleksyon efikas ekstèn chalè dissipation konplo ka redwi anpil enpak negatif efè tèmik.
3.1 Optimizasyon paramèt fib
Faktè prensipal yo ki afekte distribisyon tanperati fib optik la se konduktiviti tèmik nwayo a ak kouvèti enteryè ak ekstèn, gwosè radial, koyefisyan absòpsyon ak longè fib optik la. Seleksyon rezonab nan paramèt fib ka efektivman kontwole distribisyon an chalè nan fib la asire operasyon an nòmal ak ki estab nan fib la.
Pi gwo gwosè nwayo ka diminye tanperati nwayo a, men twò gwo pral afekte kalite gwo bout bwa a. Kouch kouch kòm mwayen ki pi eksteryè nan kondiksyon chalè fib, epesè li yo gen yon gwo enfliyans sou tanperati k ap travay nan fib la. Teyorikman, diferans tanperati ant sifas enteryè ak ekstèn kouch kouch la ak epesè a se pozitivman korelasyon, pi mens kouch kouch la, pi piti rezistans nan kondiksyon chalè, pi piti diferans tanperati ant sifas enteryè ak ekstèn nan tout antye. kouch kouch, pi wo pouvwa a ke sistèm nan ka kenbe tèt ak. Sepandan, akòz enfliyans nan transfè chalè konvektif sou sifas la nan fib optik la, ak kouch nan kouch gen wòl nan pwoteje fib optik la, ak Se poutèt sa bezwen rezonab chwazi epesè nan kouch nan kouch.
Lè fib la refwadi nan lè a, relasyon ki genyen ant rezistans nan kondiksyon tèmik Rcond, rezistans tèmik konveksyon Rconv ak total rezistans tèmik Rtot ak epesè kouch kouch yo montre nan Figi 2 (a). Kouch kouch epesè a se pozitivman korelasyon ak Rcond ak negatif korelasyon ak Rconv, kidonk li nesesè rezonab chwazi epesè kouch kouch nan asire yon rezistans ki ba total tèmik. Relasyon ki genyen ant longè fib ak koyefisyan absòpsyon ak tanperati yo montre nan Figi 2 (b), pa diminye koyefisyan absòpsyon fib la, absòpsyon nan ponpe pouvwa ka efektivman redwi, rediksyon nan ponpe absòpsyon pouvwa vle di rediksyon nan tèmik. depozisyon, ki diminye tanperati a nan fib la, men yo nan lòd yo reyalize pwodiksyon an menm bezwen ogmante longè a nan fib la, Wang et al. etidye pouvwa total ponpe 1000 W, pouvwa ponpe doub-fen 500 W, itilize 0.25 dpi pou reyalize menm pwodiksyon an. Wang et al. te montre ke pouvwa total ponpe a te 1000 W ak pouvwa a ponpe doub-fen te 500 W. Pouvwa pwodiksyon an te 630 W ak yon fib 60 m long ak 0.25 dB koyefisyan absòpsyon, ak 725 W ak yon fib 1.0 dB 20 m long, men tanperati maksimòm fib la te pi wo pase fib ansyen an pa apeprè 200 degre. Tanperati maksimòm fib la te pi wo pase fib ansyen an. Kòm fen ponpe pouvwa a ponpe se pi fò a, byenke diminye koyefisyan nan absòpsyon nan fib la ka efektivman diminye absòpsyon nan pouvwa a ponpe, men anba site la nan pran an kont efikasite nan absòpsyon nan ponpe, lazè a si konplètman ba. -doped, fib absòpsyon ki ba, bezwen ogmante longè fib la, ki an vire mennen nan Aparisyon nan lòt pwoblèm tankou efè a nonlinear kòm byen ke yon bès nan efikasite pwodiksyon an, ak sou sa.
3.2 Seleksyon metòd ponpe
Yo montre distribisyon an nan Fig. 3. Figi 3 (e) montre koyefisyan ki pa inifòm nan seksyon presegondè koyefisyan absòpsyon fib la pi wo pase de kote sa yo, pou asire ke distribisyon tanperati a se fondamantalman inifòm, pouvwa pwodiksyon an se menm jan ak nan Figi 3 (d) lè fib ki nesesè yo vin pi kout pa plis pase 20m; Figi 3 (f) yo pral ponpe pouvwa nan sèt segman, distribisyon tanperati a pi inifòm, epi tanperati a ka kontwole nan yon seri trè ideyal. Metòd ponpe a gen gwo siyifikasyon pou lazè fib. 2011 Jena University bati yon kilowat-echèl bò ponpe fib lazè lè l sèvi avèk distribye bò ponpe fib, 2014 SPI te lanse yon kilowat-echèl bò ponpe fib lazè pwodwi, nan 2015, Lachin te rapòte ke Inivèsite Nasyonal la nan Teknoloji Defans ak Ventwazyèm Enstiti Rechèch la. nan Lachin Elektwonik Teknoloji Gwoup la ansanm devlope yon distribiye bò-kouplè CLADDING ponpe fib, ak bati yon distribiye bò-couplage fib lazè ak yon fib ponpe CLADDING. CLADDING ponpe fib, ak bati yon lazè fib konplètman lokalize, reyalize pwodiksyon pouvwa kilowat-echèl. Itilizasyon milti-segman ki pa inifòm ponpe oswa distribye estrikti ponpe bò ka asire ke tanperati a nan fib la se inifòm, diminye enpak la nan efè tèmik ak efektivman diminye longè fib la. Sepandan, distribiye bò ponpe fib rale, diminye pèt nan kouple fizyon nan chak seksyon nan fib la ak amelyore efikasite yo se kle nan teknoloji a. Avèk zouti ak devlopman teknoloji kle tankou konsepsyon fib, rale ak fusion fizyon, yo pral aplike plis metòd ponpe nan devlopman lazè fib gwo pouvwa, ki ka konbine avèk teknoloji efikas dissipation chalè ekstèn pou efektivman anpeche jenerasyon an. efè tèmik nan fib la ak reyalize pwodiksyon ki estab nan pi wo-pouvwa lazè.
3.3 Dissipasyon chalè konsepsyon
Kondiksyon tèmik, konveksyon tèmik ak radyasyon tèmik se twa fason prensipal yo nan transfè chalè, kòm koyefisyan nan radyasyon tèmik se ti, enfliyans li yo ka inyore an jeneral, kondiksyon ak konveksyon se metòd yo dominan dissipation chalè. Pou pi piti pouvwa fib lazè, anjeneral sèlman konsidere fib natirèl la konveksyon chalè dissipation, radyasyon tèmik gen mwens enpak, ka konsidere kòm yon fason ki apwopriye.
Transfè chalè konveksyon sitou gen ladan transfè chalè konveksyon natirèl ak transfè chalè konveksyon fòse. Faktè a detèmine nan dissipation chalè konvektif se gwosè a nan koyefisyan transfè chalè konvektif la. Koyefisyan transfè chalè konvèktif h a gen rapò ak pwopriyete likid, pousantaj koule ak zòn konveksyon. Jan yo montre nan tablo 1, anba menm kondisyon yo, fòse koyefisyan transfè chalè konveksyon pi wo pase koyefisyan transfè chalè konveksyon natirèl la, koyefisyan transfè chalè konveksyon dlo se plizyè fwa koyefisyan transfè chalè konveksyon lè a. Pi gwo koyefisyan transfè chalè konvèktif la, se pi bon dissipation chalè fib la. Natirèl lè konveksyon chalè dissipation jeneralman te itilize nan pi ba pouvwa fibre lazè.
Lè lazè a fib pwodiksyon dè santèn de wat oswa kilowat pouvwa, li difisil pou satisfè kondisyon yo dissipation chalè pa refwadisman konveksyon pi bon kalite, epi li nesesè yo chwazi yon metòd kondiksyon chalè espesifik pou kondwi chalè a soti nan fib la nan yon koule chalè espesifik. , ak Lè sa a, pote soti nan kondiksyon chalè efikas oswa difizyon konveksyon nan koule chalè a. Fòm kontak la oswa sifas pwosesis fib optik ak koule chalè a pa anfòm parfe, jan yo montre nan Figi 4, epi gen vid nan koòdone kontak la, ki pral anpeche kondiksyon chalè a. Faktè prensipal ki afekte kondiksyon tèmik ant fib optik ak koule chalè a se rezistans tèmik, ki se yon mezi nivo kondiksyon tèmik ant entèfas echanj chalè.
Ka modèl la teyorik nan rezistans tèmik ant fib optik la ak koule chalè dwe senplifye kòm
Kote Ts se tanperati sifas fib la, T∞ se tanperati koule chalè a, q″ se flux chalè (W/m2), ki se rapò chaj tèmik q′ (W/m) ak perimèt la, Rcontact. se rezistans nan kontak tèmik, Rcond se rezistans nan tèmik nan kouch nan diferans, L se epesè nan kouch nan diferans, k se konduktiviti nan tèmik nan materyèl la filler nan espas sa a, ak A se zòn nan sifas nan koule nan chalè pase nan . Lè w pran modèl ki anwo a, li ka wè ke asire yon pi piti rezistans tèmik ka diminye tanperati a nan fib optik la. Depi lè a nan de koòdone kontak yo gen yon konduktiviti tèmik ki ba anpil (kair=0.026 W/mK), rezistans nan tèmik ka efektivman redwi lè w ranpli materyèl la koòdone tèmik (TIM) ak yon konduktivite tèmik segondè, pandan y ap epesè kouch espas L la piti ke posib.
Anplis de sa nan diminye epesè diferans lan ak ogmante konduktiviti a tèmik, tanperati sifas fib la ka redwi pa kontwole fòm nan koule chalè a. Estrikti komen rektangilè, ki gen fòm V ak U ki gen fòm koule chalè yo montre nan Fig. 5. Yo te evalye rezistans tèmik twa estrikti diferan Groove pou pwen k ap fonn fib rendu a, epi ak lòt paramèt ki konsistan, ki gen fòm U. Groove ak perimèt ki pi kout la gen pi piti rezistans tèmik ak pi bon efè refwadisman, pandan y ap Groove ki gen fòm V ak perimèt ki pi long la gen pi gwo rezistans tèmik ak pi mal efè refwadisman, ak diferans lan se pa evidan nan aplikasyon pratik, ak U-kalite a. ak estrikti V-kalite yo itilize pi souvan, ak efè a dissipation chalè se evidamman siperyè ak sa yo ki nan lavabo yo chalè piman plan.
Lè lazè a fib opere nan pouvwa ki ba, li ka refwadi lè pa modil la refwadisman semi-conducteur (TEC) ak koule chalè, epi lè lazè a fib opere nan pi wo pouvwa, li ka refwadi dlo pou asire travay la ki estab. tanperati.Li et al. aplike TEC a nan refwadisman ekstèn nan EYDFL a, epi li itilize estrikti ponpe doub-fen pou aplike TEC a nan koule chalè aliminyòm periferik la pou premye fib 10.2 cm anba operasyon gwo pouvwa, ak Groove ki gen fòm U yo montre nan Figi. 12(a). Yo montre Groove ki gen fòm U nan Fig. 12 (a). Koub ble a nan Fig. 6 (b) endike distribisyon tanperati fib la an kontak ak koule chalè a, ak koub wouj la se distribisyon tanperati teyorik fib la, ak itilizasyon TEC ak koule chalè efektivman diminye tanperati a nan. fib la.
Pou gwo-pouvwa fib lazè, yon gwo kantite rechèch yo te adopte vize chalè dissipation tretman pou jwenn gwo pwodiksyon pouvwa pi wo pase nivo kilowat san efè nonlinear ak fenomèn domaj tèmik, ak bon teknoloji jesyon tèmik asire operasyon an ki estab nan lazè fib. Nan etid la, dissipation chalè fib la se sitou te pote soti nan likidasyon avyon ak likidasyon silenn, lè l sèvi avèk lavabo chalè metal ak siyon U-tip oswa V-tip grave, ak diferans ki genyen kontak ant fib la ak siyon yo plen ak silikon tèmik kondiktif. grès (konduktiviti tèmik se jeneralman pi gran pase 2 W / mK) pou retire chalè a pa mwayen dlo-refwadisman, ak estrikti li yo montre nan Figi 7.
Ak devlòpman gwo pouvwa fibre lazè tèmik jesyon teknoloji, semi-conducteurs ponpe, fibre couplage ak CLADDING ptik filtraj ak lòt teknoloji kle yo, efè tèmik kòm youn nan anbouteyaj nan amelyorasyon pouvwa yo pral byen kontwole, ak pouvwa lazè fib la. ap kontinye amelyore. An menm tan an, efikas teknoloji jesyon tèmik kapab tou ankouraje devlopman nan fib lazè entegre teknoloji anbalaj, se konsa ke gwo pouvwa lazè fib ka aplike nan yon seri pi laj nan anviwònman.
