NUDT aconsegueix una sortida làser d'alta qualitat de feix de 20 kW basat en fibra cónica dopada amb iterbi

La supressió d'efectes no lineals i el control de mode són els reptes tècnics actuals per a la millora de la potència del làser de fibra dopat amb iterbi (YDFL) d'alta potència. Augmentar el diàmetre del nucli YDF és beneficiós per millorar el llindar SRS, però comporta un control més difícil del mode d'ordre superior i la dificultat per aconseguir una alta qualitat del feix. En comparació amb les fibres uniformes de doble revestiment, les fibres afilades tenen certs avantatges per equilibrar la supressió SRS i el control del mode. La part de diàmetre del nucli petit de la fibra cónica pot reduir el nombre de modes de guia del nucli per aconseguir un control eficaç del mode, mentre que la part de diàmetre del nucli gran ajuda a reduir la densitat de potència del nucli per millorar el llindar SRS.2022, la Universitat Nacional de Defensa. La tecnologia (NUDT) basada en la fibra uniforme dopada amb iterbi de doble capa ha aconseguit una potència làser de 20 kW, amb un factor M2 de qualitat del feix de 3.3.2023, i per tal de millorar encara més la qualitat del feix, l'equip va dur a terme estudis pràctics del làser TYDF, el làser de fibra dopada amb iterbi TAPered (TYDF) investigació teòrica i experimental.
Progrés de la recerca
Per millorar el llindar de l'SRS, el làser adopta una estructura d'amplificació de potència d'oscil·lador mestre bombada cap enrere (MOPA), tal com es mostra a la figura 1. 1{{20}}Llum de llavors de 80 nm s'injecta des de l'extrem petit. del TYDF seqüencialment mitjançant l'adaptador de camp de mode (MFA), la reixeta inclinada (CTFBG) i el filtre òptic de revestiment (CPS 1). La llum de la bomba de 1018 nm s'injecta a l'extrem gran del TYDF a través del braç de bombament (6 + 1) × 1 combinador (PSC) cap enrere. injectat a l'extrem gran del TYDF. La llum de senyal amplificada surt a través del filtre òptic de revestiment (CPS 2) i la tapa final de la fibra (QBH). QBH són fibres de transferència d'energia de doble capa de 48/400 μm. El TYDF està dissenyat i desenvolupat de manera independent per la Universitat Nacional de Tecnologia de Defensa (NUDT). Disseny i desenvolupament independents de la Universitat Nacional de Tecnologia de Defensa de la TYDF, la seva regió de diàmetre central petit del nucli / diàmetre de revestiment interior de 30/250 μm, regió de gran diàmetre del nucli / diàmetre de revestiment interior de 48/400 μm, obertura numèrica del nucli de 0,066, coeficient d'absorció del revestiment d'uns 0,36 dB / m @ 1018 nm, fibra òptica TYDF a la regió de diàmetre del nucli petit, àrea cónica, la longitud de la regió del diàmetre del nucli del diàmetre del nucli gran de 15 m, 30 m, 15 m . La longitud de la fibra TYDF de la regió del diàmetre del nucli petit, l'àrea afilada, la regió del diàmetre del nucli gran, respectivament, TYDF es fixa a la placa refrigerada per aigua de fibra mitjançant un enrotllament en espiral i el diàmetre mínim de l'enrotllament és de més de 25 cm.

Figura 1 20 Diagrama esquemàtic de l'estructura del làser de fibra de kW
La variació de la potència de sortida del làser es mostra a la figura 2 (a). 200 W de potència de sortida del làser de llavors de 1080 nm després de l'amplificador és de 160 W. Quan la potència de bomba més alta injectada al TYDF és de 24,8 kW, la potència del làser de sortida és de 20,2 kW, que correspon a l'eficiència global del pendent del 80,8 %. L'espectre amb la potència de sortida més alta es mostra a la figura 2(b), on la relació de supressió SRS és de 33 dB i no hi ha cap component de llum Raman evident. El factor M2 de la qualitat del feix a diferents potències (mesurat amb un Primes LQM 200 amb una distància focal del col·limador de 120 mm) es mostra a la figura 2 (c). El factor M2 de 2,18 a 13,5 kW és una millora significativa en comparació amb els resultats de les mesures del Team 2022 basades en una fibra homogènia de 48/400 μm a la mateixa potència (M2=2.8).
A causa del petit punt làser (el diàmetre del punt incident LQM 200 ha de ser inferior a 15 mm), amb l'augment de la potència de sortida, l'efecte tèrmic de la lent del col·limador s'intensifica, donant lloc a una aberració de fase desenfocada i una aberració puntual evidents. , de manera que la mesura precisa de M2 ​​a una potència de sortida de 20 kW no és possible de moment. El factor de qualitat del feix també es va provar a l'experiment mitjançant un instrument de mesura de la qualitat del feix (GYM-100) desenvolupat per l'Institut de Ciències Físiques de Hefei, Acadèmia Xinesa de Ciències, d'acord amb el "Mètode GJB 7367-2011 per a la mesura del factor de qualitat dels raigs làser d'alta energia". A causa de l'ús d'un col·limador de punts gran amb una distància focal llarga (190 mm), la influència de l'efecte tèrmic del col·limador en els resultats de la mesura es va alleujar fins a cert punt. el factor a 13,5 kW era 1,92, i els resultats de la prova a 20 kW es mostren a la figura 2(d). el valor mínim del factor era 1,93, el valor màxim era 2.05 i el valor mitjà era 1.99 als 150 s. El factor era 1,99 a 13,5 kW, i el valor mitjà era 1,99 a 20 kW.

Figura 2 Potència de sortida del làser i resultats de la prova
Perspectives de futur
Com que no hi ha un mètode de conversió precís entre -factor i M2-factor, el valor real del M2-factor a 20 kW no es pot derivar dels resultats de la prova -factor de moment. Tanmateix, comparant el làser de 20 kW realitzat per l'equip el 2022 basat en un YDF uniforme de 48/400 μm (el valor mitjà del factor - és de 2,94 basat en el mateix sistema de prova), la qualitat del feix s'ha millorat significativament. Els resultats experimentals validen la viabilitat de la fibra cónica per millorar la qualitat del feix. En el treball de seguiment, l'equip continuarà optimitzant els paràmetres estructurals del dispositiu TYDF i de fibra per aconseguir una millora addicional de la potència i la qualitat del feix.