NUDT забезпечує якісне лазерне випромінювання 20 кВт на основі конічного волокна, легованого ітербієм

Придушення нелінійного ефекту та керування режимом є поточними технічними проблемами для підвищення потужності високопотужного легованого ітербієм волоконного лазера (YDFL). Збільшення діаметра серцевини YDF є корисним для покращення порогу SRS, але призводить до ускладнення керування режимом вищого порядку та труднощів у досягненні високої якості променя. У порівнянні з рівномірними волокнами з подвійною оболонкою, конічні волокна мають певні переваги в балансуванні придушення SRS і керування модою. Частина з малим діаметром серцевини конічного волокна може зменшити кількість напрямних режимів серцевини для досягнення ефективного контролю режиму, тоді як частина з великим діаметром серцевини сприяє зменшенню щільності потужності серцевини для покращення порогу SRS. 2022, Національний університет оборони Технологія (NUDT), заснована на однорідному волокні з подвійною оболонкою, легованому ітербієм, досягла вихідної потужності лазера 20 кВт із коефіцієнтом M2 якості променя 3.3.2023, і для подальшого покращення якості променя команда провела теоретичні та практичні дослідження лазера TYDF, TAPered Ytterbium-doped Fiber (TYDF) лазер теоретичні та експериментальні дослідження.
Прогрес дослідження
Щоб покращити поріг SRS, лазер використовує структуру підсилення потужності головного генератора із зворотним накачуванням (MOPA), як показано на рис. 1. 1{{20}}80 нм затравкове світло вводиться з малого кінця TYDF послідовно через адаптер поля режиму (MFA), нахилену решітку (CTFBG) і оптичний фільтр оболонки (CPS 1). Світло накачки 1018 нм вводиться у великий кінець TYDF через задній (6 + 1) × 1 пучок накачування (PSC). вводять у великий кінець TYDF. Посилений світловий сигнал виходить через оптичний фільтр оболонки (CPS 2) і кінцеву кришку волокна (QBH). Пігтейл CPS 1 — це волокно передачі енергії з подвійною оболонкою 30/250 мкм. Пігтейли PSC, CPS 2 і Усі QBH — це волокна передачі енергії з подвійною оболонкою розміром 48/400 мкм. TYDF розроблено та розроблено незалежно Національним університетом оборонних технологій (NUDT). Незалежне проектування та розробка TYDF у Національному університеті оборонних технологій: його малий діаметр серцевини / діаметр внутрішньої оболонки 30/250 мкм, область великого діаметра серцевини / діаметр внутрішньої оболонки 48/400 мкм, числова апертура сердечника 0,066, коефіцієнт поглинання оболонкою близько 0,36 дБ / м при 1018 нм, оптичне волокно TYDF в області малого діаметра серцевини, конічна область, довжина області діаметра серцевини великого діаметра серцевини 15 м, 30 м, 15 м . Довжина волокна TYDF області малого діаметра серцевини, конічної області, області великого діаметра серцевини, відповідно, TYDF фіксується на пластині з водяним охолодженням волокна за допомогою спірального намотування, а мінімальний діаметр намотування більше 25 см.

Рисунок 1 20 Схематична схема структури волоконного лазера кВт
Зміна вихідної потужності лазера показано на рис. 2(a). 200 Вт вихідної потужності затравочного лазера 1080 нм після підсилювача становить 160 Вт. Коли найвища потужність накачування, введена в TYDF, становить 24,8 кВт, вихідна потужність лазера становить 20,2 кВт, що відповідає загальній ефективності нахилу 80,8 %. Спектр при найвищій вихідній потужності показаний на рис. 2(b), де коефіцієнт придушення SRS становить 33 дБ і немає очевидної компоненти Раманівського світла. Фактор M2 якості променя при різних потужностях (виміряний за допомогою Primes LQM 200 з фокусною відстанню коліматора 120 мм) показаний на рис. 2(c). Коефіцієнт M2 2,18 при 13,5 кВт є значним покращенням порівняно з результатами вимірювань Team 2022 на однорідному волокні 48/400 мкм при тій самій потужності (M2=2.8).
Через невелику лазерну пляму (діаметр плями падіння LQM 200 має бути менше 15 мм) зі збільшенням вихідної потужності тепловий ефект коліматорної лінзи посилюється, що призводить до явної фазової аберації поза фокусом і точкової аберації. , тому точне вимірювання M2 при вихідній потужності 20 кВт поки що неможливо. Коефіцієнт якості променя також перевірявся в експерименті за допомогою приладу для вимірювання якості променя (GYM-100), розробленого Інститутом фізичних наук Хефея Академії наук Китаю, відповідно до методу «GJB 7367-2011». для вимірювання добротності лазерних променів високої енергії». Завдяки використанню великого точкового коліматора з великою фокусною відстанню (190 мм) вдалося певною мірою послабити вплив теплового ефекту коліматора на результати вимірювань. коефіцієнт при 13,5 кВт становив 1,92, а результати випробувань при 20 кВт показані на рис. 2(d). мінімальне значення фактора становило 1,93, максимальне – 2,05, а середнє – 1,99 на 150 с. Коефіцієнт становив 1,99 при 13,5 кВт, а середнє значення становило 1,99 при 20 кВт.

Рисунок 2 Вихідна потужність лазера та результати тестування
Майбутні перспективи
Оскільки не існує точного методу перетворення між -фактором і M2-фактором, реальне значення M2-фактора при 20 кВт на даний момент не можна отримати з результатів випробування -фактора. Однак, порівнюючи лазер потужністю 20 кВт, створений командою в 2022 році на основі однорідного YDF 48/400 мкм (середнє значення -фактора становить 2,94 на основі тієї ж системи тестування), якість променя була значно покращена. Експериментальні результати підтверджують можливість застосування конічного волокна для покращення якості променя. У подальшій роботі команда продовжуватиме оптимізувати структурні параметри TYDF і оптоволоконного пристрою, щоб досягти подальшого покращення потужності та якості променя.