Thulium-doteret fiberlaserkraft

I de senere år har thulium-doterede fiberlasere tiltrukket sig mere og mere opmærksomhed på grund af deres fordele som kompakt struktur, god strålekvalitet og høj kvanteeffektivitet. Blandt dem har højeffekt kontinuerlige thulium-doterede fiberlasere vigtige applikationer inden for mange områder såsom lægehjælp, militær sikkerhed, rumkommunikation, luftforureningsdetektion og materialebehandling. I de sidste næsten 20 år har højeffekt kontinuerlige thulium-doterede fiberlasere udviklet sig hurtigt, og den nuværende maksimale udgangseffekt har nået kilowatt-niveauet. Lad os derefter tage et kig på effektforbedringsvejen og udviklingstendenserne for thulium-doterede fiberlasere fra aspekterne af oscillatorer og forstærkningssystemer.

Pumpekilden til tidlige thulium-doterede fiberlasere brugte generelt laveffekt 1064 nm YAG-laser eller 790 nm farvelaser. På grund af pumpekildens lave effekt og begrænsningerne af den baglæns doterede fiberfremstillingsproces på det tidspunkt, var udgangseffekten af ​​thulium-doterede fiberlasere kun i watt-niveauet. Med introduktionen af ​​dobbeltbeklædt pumpeteknologi og den stigende modenhed af højeffekt halvlederlaserteknologi, er udgangseffekten af ​​thulium-doterede fiberlasere også konstant stigende.

I 1998, Jackson et al. fra University of Manchester i Storbritannien brugte en 790 nm halvlederlaser som pumpekilde og brugte beklædningspumpeteknologi til at bygge en rumligt struktureret kontinuerligt afstembar thulium-doteret fiberlaser med en maksimal udgangseffekt på 5,4 W. I 2007 blev en thulium- doteret germanate fiber laser blev udviklet. Den eksperimentelle enhed er vist i figur 1. Under enkelt-ende pumpetilstand blev der opnået et kontinuerligt laseroutput på 64 W ved 1900 nm. For at opnå højere udgangseffekt brugte forskerne dobbelt-ende pumpning og brugte en 40 cm lang forstærkningsfiber og opnåede endelig en 1900 nm kontinuerlig laseroutput på 104 W.

I 2009 udviklede Harbin Institute of Technology en thulium-doteret fiberlaser med en lineær kavitetsstruktur i helt fiber. Den består af et reflekterende fiber Bragg-gitter og Fresnel-refleksionen dannet af den thulium-doterede fiberendeflade for at danne et resonanshulrum. Den pumpes af 793 nm LD. Endelig blev der opnået en udgangseffekt på 39,4 W. Derudover sammenlignede de også udgangseffekten og spektrale karakteristika opnået, når FBG og dikroiske spejle blev brugt som henholdsvis højreflekterende koblere, og fandt ud af, at hældningseffektiviteten af ​​helfiberstrukturen var lavere, og tærskeleffekten var højere. Sammenlignet med den rumlige struktur var fiberstrukturen oprindeligt begrænset af ydeevnen af ​​den optiske fiberenhed og kvaliteten af ​​splejsning, og dens fordele var ikke indlysende. Med den kontinuerlige forbedring af klargøringsteknologi for optiske fibre og splejsningsniveauer har alle-fiberstrukturer gradvist vist enorme fordele.

Samme år brugte en højeffekt thulium-doteret fiberlaser baseret på en rumlig struktur en 793 nm LD til at pumpe en thulium-doteret fiber med en kernediameter på 25 μm og en numerisk blænde (NA) på 0,08, og opnåede en single-mode laser output på 300 W. Senere, med en lignende struktur, blev en stor-mode feltfiber med en kernediameter på 40 μm og en numerisk blænde på 0,2 brugt til at opnå et 2040 nm multi-mode laser output på 885 W, som er den maksimale udgangseffekt opnået af en enkelt thulium-doteret fiberoscillator.

I 2014 rapporterede Tsinghua University om en højeffekt thulium-doteret fiberlaser med en lineær kavitetsstruktur bestående af et fiber-Bragg-gitter og en 3 m lang forstærkningsfiber. Syv 790 nm LD'er med en maksimal udgangseffekt på 70 W blev brugt som pumpekilder. Endelig blev der opnået en udgangseffekt på 227 W. Samme år brugte National University of Defense Technology to højeffekts 1173 nm Raman fiberlasere (RFL) som pumpekilder til at bygge en højeffektiv smal linjebredde thulium-doteret fiberlaser med en lige kavitetsstruktur i helt fiber, og endelig opnået en effekt på 96 W. effekt. Dette var den første rapporterede thulium-doterede fiberlaser med en pumpebølgelængde nær 1200 nm og en udgangseffekt i størrelsesordenen hundredvis af watt. Det gav også en meget lovende pumpeløsning til at øge udgangseffekten af ​​thulium-doterede fiberlasere.

I 2015 brugte Huazhong University of Science and Technology selvfremstillet thulium-doteret dobbeltbeklædt silicafiber til at bygge en thulium-doteret fiberlaser med en lineær kavitetsstruktur i hel-fiber. Det brugte tre højeffekt 793 nm LD'er til pumpning og opnåede en udgangseffekt på 121 W. Dette er første gang at bruge thulium-doteret optisk fiber til at opnå udgangseffekt på hundredvis af watt ved en bølgelængde på 1915 nm. Derudover viste eksperimenter, at forøgelse af den indvendige beklædningsdiameter af forstærkningsfiberen kan opnå bedre varmeafledning, hvilket også giver ideer til termisk styring og effektforbedring af thulium-doterede fiberlasere.