Les machines de découpe des métaux par laser à fibre avec une distribution du faisceau basée sur la fibre doivent avoir une fibre de distribution suffisamment longue pour accéder à tous les endroits ciblés sur la pièce à découper. Découvrez les avantages du Suppresseur de diffusion Raman (RSS) qui permet d'utiliser des fibres plus longues dans les systèmes de découpe multikW à haut débit.
Diffusion Raman stimulée : Un défi majeur pour les concepteurs de lasers à fibre industriels
Avec la tendance croissante à l'augmentation du débit des machines de découpe laser à fibre, des défis de conception laser se posent pour la découpe plus rapide de pièces plus grandes et plus épaisses. Comment est-il possible de fournir plus de puissance sur de plus longues distances sans trop compromettre la qualité du faisceau ? L'un des problèmes est la gestion de la diffusion Raman stimulée (SRS), qui est exacerbée lorsqu'une puissance optique élevée circule dans de longues fibres.
Le SRS est une limite bien connue à l'augmentation de la puissance des lasers à fibre pour les applications de traitement des matériaux ; il a des effets néfastes sur l'efficacité, la stabilité et la fiabilité du laser. Le SRS croît de manière exponentielle lorsque la puissance de sortie du laser dépasse un certain niveau, également connu sous le nom de seuil SRS, qui dépend de la conception du laser et des cas d'utilisation.
Les photons SRS peuvent être générés à plusieurs endroits de la chaîne optique et s'accumulent généralement le long de la chaîne, y compris dans la fibre de livraison. Le SRS peut déstabiliser l'émission laser, ce qui nuit à la stabilité et à la fiabilité du processus de découpe des métaux. Dans le pire des cas, certains composants du module laser à fibre seront endommagés.
Tuer le SRS à la source avec des réseaux de Bragg à fibres optiques
Il existe plusieurs stratégies pour augmenter le seuil du SRS dans les systèmes laser de haute puissance ; cependant, ces stratégies impliquent souvent des compromis au niveau de la qualité du faisceau ou d'autres niveaux de performance du laser. Elles compromettent également l'atténuation d'autres limitations de l'échelle de puissance, telles que l'instabilité du mode transverse (TMI)1. La manière la plus efficace de traiter le SRS est d'empêcher son accumulation, en particulier lorsque de longues fibres doivent être utilisées. Tel était l'état d'esprit des ingénieurs indie lorsqu'ils ont mis au point le RSS.
Le RSS d'indieélimine le SRS à la source grâce à la technologie brevetée du réseau de Bragg à fibres inclinées et chirpées (CTFBG)2 qui bloque les photons SRS et les redirige dans la gaine de la fibre(figure 1), où ils peuvent être absorbés à l'aide d'un dénudeur de mode de la gaine (CMS), qui est généralement présent à la sortie de la cavité du laser à fibre.
En insérant le RSS juste après le CMS, le SRS est éliminé avant qu'il ne pénètre dans la fibre de sortie, ce qui limite l'accumulation supplémentaire de SRS dans cette dernière. Par conséquent, des fibres de sortie plus longues peuvent être utilisées dans des systèmes de découpe laser avec des niveaux de puissance plus élevés et des diamètres de cœur plus petits.
L'efficacité du RSS pour permettre l'utilisation de longues fibres de transmission sera mise en évidence par l'examen des résultats obtenus avec la configuration illustrée à la figure 2.
Différentes longueurs de fibre de livraison (20/400) ont été ajoutées à la sortie d'un oscillateur laser à fibre. La puissance de sortie du laser a été augmentée jusqu'à ce que l'on observe l'apparition d'instabilités dues au SRS. L'expérience a été réalisée avec et sans RSS inséré après le CMS afin de comparer les niveaux de puissance de sortie maximum sûrs qui peuvent être atteints dans les deux cas. Les résultats sont présentés à la figure 3.
Le RSS a permis de maintenir la puissance de sortie à une valeur maximale presque constante pour des longueurs de fibre allant jusqu'à 37 mètres en aval de la cavité laser, ce qui est jusqu'à 50 % plus puissant que sans RSS. En raison de la nature non linéaire du SRS, cette différence et, par conséquent, les avantages du RSS devraient augmenter avec la puissance de sortie.
Conclusion
En résumé, si vous êtes à la recherche de solutions pour concevoir des lasers à fibre de plusieurs kilowatts avec de longs câbles d'alimentation pour des applications de découpe laser de métaux à haut débit, considérer RSS dans votre boîte à outils est sans aucun doute une décision intelligente. Non seulement vous serez en mesure de fournir des performances exceptionnelles à vos clients, mais vous pourrez également attirer leur attention en leur offrant un laser solide comme le roc avec des résultats de découpe constants pendant des milliers d'heures.
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