Thulium-dopet fiberlaserkraft

De siste årene har thulium-dopet fiberlasere tiltrukket seg mer og mer oppmerksomhet på grunn av deres fordeler som kompakt struktur, god strålekvalitet og høy kvanteeffektivitet. Blant dem har høyeffekt kontinuerlige thulium-dopet fiberlasere viktige bruksområder innen mange felt som medisinsk behandling, militær sikkerhet, romkommunikasjon, luftforurensningsdeteksjon og materialbehandling. I løpet av de siste nesten 20 årene har høyeffekts kontinuerlige thulium-dopet fiberlasere utviklet seg raskt, og den nåværende maksimale utgangseffekten har nådd kilowattnivået. La oss deretter ta en titt på kraftforbedringsveien og utviklingstrender for thulium-dopet fiberlasere fra aspektene til oscillatorer og forsterkningssystemer.

Pumpekilden til tidlige thulium-dopet fiberlasere brukte generelt laveffekt 1064 nm YAG-laser eller 790 nm fargelaser. På grunn av den lave kraften til pumpekilden og begrensningene i den bakoverdopede fiberfremstillingsprosessen på den tiden, var utgangseffekten til thulium-dopet fiberlasere bare på wattnivået. Med introduksjonen av dobbeltkledningspumpeteknologi og den økende modenheten til høyeffekts halvlederlaserteknologi, øker også utgangseffekten til thuliumdopede fiberlasere konstant.

I 1998, Jackson et al. fra University of Manchester i Storbritannia brukte en 790 nm halvlederlaser som pumpekilde og brukte kledningspumpeteknologi for å bygge en romlig strukturert kontinuerlig avstembar thulium-dopet fiberlaser med en maksimal utgangseffekt på 5,4 W. I 2007 ble en thulium- dopet germanate fiber laser ble utviklet. Den eksperimentelle enheten er vist i figur 1. Under enkelt-ende pumpemodus ble en kontinuerlig lasereffekt på 64 W oppnådd ved 1900 nm. For å oppnå høyere utgangseffekt brukte forskerne dobbel-ende pumping og brukte en 40 cm lang forsterkningsfiber, og oppnådde til slutt en 1900 nm kontinuerlig lasereffekt på 104 W.

I 2009 utviklet Harbin Institute of Technology en thulium-dopet fiberlaser med en lineær kavitetsstruktur av helfiber. Den består av et reflekterende fiber Bragg-gitter og Fresnel-refleksjonen dannet av den thulium-dopete fiberendeflaten for å danne et resonanshulrom. Den pumpes med 793 nm LD. Til slutt ble det oppnådd en utgangseffekt på 39,4 W. I tillegg sammenlignet de også utgangseffekten og spektralkarakteristikkene oppnådd når FBG og dikroiske speil ble brukt som henholdsvis høyrefleksjonskoblere, og fant ut at helningseffektiviteten til helfiberstrukturen var lavere og terskeleffekten var høyere. Sammenlignet med den romlige strukturen var fiberstrukturen i utgangspunktet begrenset av ytelsen til den optiske fiberenheten og kvaliteten på skjøting, og fordelene var ikke åpenbare. Med den kontinuerlige forbedringen av klargjøringsteknologi for optisk fiberenhet og skjøtenivå, har alle fiberstrukturer gradvis vist store fordeler.

Samme år brukte en høyeffekt thulium-dopet fiberlaser basert på en romlig struktur en 793 nm LD for å pumpe en thulium-dopet fiber med en kjernediameter på 25 μm og en numerisk blenderåpning (NA) på 0,08, og oppnådde en enkeltmodus lasereffekt på 300 W. Senere, med en lignende struktur, ble en stormodus feltfiber med en kjernediameter på 40 μm og en numerisk blenderåpning på 0,2 brukt for å oppnå en 2040 nm multi-modus laserutgang på 885 W, som er den maksimale utgangseffekten oppnådd av en enkelt thulium-dopet fiberoscillator.

I 2014 rapporterte Tsinghua University en høyeffekts thulium-dopet fiberlaser med en lineær hulromsstruktur av helfiber, bestående av et fiber Bragg-gitter og en 3 m lang forsterkningsfiber. Syv 790 nm LD-er med en maksimal utgangseffekt på 70 W ble brukt som pumpekilder. Til slutt ble det oppnådd en utgangseffekt på 227 W. Samme år brukte National University of Defense Technology to høyeffekts 1173 nm Raman-fiberlasere (RFL) som pumpekilder for å bygge en høyeffektiv smal linjebredde thulium-dopet fiberlaser med en rett kavitetsstruktur av helfiber, og endelig oppnådd en effekt på 96 W. effekt. Dette var den første rapporterte thulium-dopet fiberlaser med en pumpebølgelengde nær 1200 nm og en utgangseffekt i størrelsesorden hundrevis av watt. Det ga også en meget lovende pumpeløsning for å øke utgangseffekten til thulium-dopet fiberlasere.

I 2015 brukte Huazhong University of Science and Technology selvlaget thulium-dopet dobbeltkledd silikafiber for å bygge en thulium-dopet fiberlaser med en lineær hulromsstruktur av helfiber. Den brukte tre høyeffekts 793 nm LD-er for pumping og oppnådde en utgangseffekt på 121 W. Dette er første gang å bruke innenlands thulium-dopet optisk fiber for å oppnå utgangseffekt på hundrevis av watt ved en bølgelengde på 1915 nm. I tillegg fant eksperimenter at å øke den indre kledningsdiameteren til forsterkningsfiberen kan oppnå bedre varmespredning, noe som også gir ideer for termisk styring og effektforbedring av thulium-dopet fiberlasere.