Thuliumdopad fiberlaserkraft

Under de senaste åren har thuliumdopade fiberlasrar väckt mer och mer uppmärksamhet på grund av sina fördelar som kompakt struktur, bra strålkvalitet och hög kvanteffektivitet. Bland dem har högeffekts kontinuerliga thuliumdopade fiberlasrar viktiga tillämpningar inom många områden som sjukvård, militär säkerhet, rymdkommunikation, luftföroreningsdetektering och materialbearbetning. Under de senaste nästan 20 åren har högeffekts kontinuerliga thuliumdopade fiberlasrar utvecklats snabbt, och den nuvarande maximala uteffekten har nått kilowattnivån. Låt oss sedan ta en titt på effektförbättringsvägen och utvecklingstrender för thuliumdopade fiberlasrar från aspekterna av oscillatorer och förstärkningssystem.

Pumpkällan för tidiga thuliumdopade fiberlasrar använde i allmänhet lågeffekts 1064 nm YAG-laser eller 790 nm färglaser. På grund av pumpkällans låga effekt och begränsningarna av den bakåtdopade fiberberedningsprocessen vid den tiden, var uteffekten från thuliumdopade fiberlasrar endast i wattnivån. Med introduktionen av dubbelklädd pumpteknik och den ökande mognaden av högeffekts halvledarlaserteknologi ökar också uteffekten från thuliumdopade fiberlasrar konstant.

1998, Jackson et al. från University of Manchester i Storbritannien använde en 790 nm halvledarlaser som pumpkälla och använde kapslingspumpningsteknik för att bygga en rumsligt strukturerad kontinuerligt avstämbar thuliumdopad fiberlaser med en maximal uteffekt på 5,4 W. 2007, en thulium- dopad germanatfiberlaser utvecklades. Den experimentella enheten visas i figur 1. Under enkeländspumpningsläge erhölls en kontinuerlig lasereffekt på 64 W vid 1900 nm. För att få högre uteffekt använde forskarna dubbeländspumpning och använde en 40 cm lång förstärkningsfiber och fick slutligen en 1900 nm kontinuerlig lasereffekt på 104 W.

2009 utvecklade Harbin Institute of Technology en thuliumdopad fiberlaser med en linjär kavitetsstruktur av helfiber. Den består av ett reflekterande fiber Bragg-gitter och Fresnel-reflektionen som bildas av den thuliumdopade fiberändytan för att bilda en resonanshålighet. Den pumpas med 793 nm LD. Slutligen erhölls en uteffekt på 39,4 W. Dessutom jämförde de också uteffekten och spektrala egenskaper som erhölls när FBG och dikroiska speglar användes som högreflektionskopplare respektive, och fann att lutningseffektiviteten för helfiberstrukturen var lägre och tröskeleffekten var högre. Jämfört med den rumsliga strukturen begränsades ursprungligen helfiberstrukturen av den optiska fiberenhetens prestanda och kvaliteten på skarvningen, och dess fördelar var inte uppenbara. Med den kontinuerliga förbättringen av beredningstekniken för optiska fibrer och skarvningsnivån har strukturer av helfiber gradvis visat enorma fördelar.

Samma år använde en högeffekts thuliumdopad fiberlaser baserad på en rumslig struktur en 793 nm LD för att pumpa en thuliumdopad fiber med en kärndiameter på 25 μm och en numerisk apertur (NA) på 0,08, och uppnådde en singelmodslasereffekt på 300 W. Senare, med en liknande struktur, användes en stormodig fältfiber med en kärndiameter på 40 μm och en numerisk apertur på 0,2 för att erhålla en 2040 nm multimodlasereffekt på 885 W, som är den maximala uteffekten som erhålls av en enda thuliumdopad fiberoscillator.

År 2014 rapporterade Tsinghua University en högeffekts thuliumdopad fiberlaser med en linjär kavitetsstruktur av helfiber, bestående av ett fiber Bragg-gitter och en 3 m lång förstärkningsfiber. Sju 790 nm LDs med en maximal uteffekt på 70 W användes som pumpkällor. Slutligen erhölls en uteffekt på 227 W. Samma år använde National University of Defense Technology två högeffekts 1173 nm Raman-fiberlasrar (RFL) som pumpkällor för att bygga en högeffektiv smal linjebredd thuliumdopad fiberlaser med en rak kavitetsstruktur av helt fiber, och uppnådde slutligen en effekt på 96 W. effekt. Detta var den första rapporterade thuliumdopade fiberlasern med en pumpvåglängd nära 1200 nm och en uteffekt i storleksordningen hundratals watt. Det gav också en mycket lovande pumplösning för att öka uteffekten från thuliumdopade fiberlasrar.

Under 2015 använde Huazhong University of Science and Technology självtillverkad thuliumdopad dubbelklädd kiseldioxidfiber för att bygga en thuliumdopad fiberlaser med en linjär kavitetsstruktur av helfiber. Den använde tre högeffekts 793 nm LDs för pumpning och fick en uteffekt på 121 W. Detta är första gången att använda inhemsk thuliumdopad optisk fiber för att få en uteffekt på hundratals watt vid en våglängd på 1915 nm. Dessutom har experiment visat att en ökning av den inre beklädnadsdiametern hos förstärkningsfibern kan uppnå bättre värmeavledning, vilket också ger idéer för termisk hantering och effektförbättring av thuliumdopade fiberlasrar.