Thulium-gedoteerd vezellaservermogen

De afgelopen jaren hebben thulium-gedoteerde vezellasers steeds meer aandacht getrokken vanwege hun voordelen, zoals compacte structuur, goede straalkwaliteit en hoge kwantumefficiëntie. Onder hen hebben krachtige continue thulium-gedoteerde vezellasers belangrijke toepassingen op veel gebieden, zoals medische zorg, militaire veiligheid, ruimtecommunicatie, detectie van luchtvervuiling en materiaalverwerking. In de afgelopen bijna twintig jaar hebben krachtige continue thulium-gedoteerde fiberlasers zich snel ontwikkeld en het huidige maximale uitgangsvermogen heeft het kilowattniveau bereikt. Laten we vervolgens eens kijken naar het vermogensverbeteringspad en de ontwikkelingstrends van met thulium gedoteerde fiberlasers vanuit de aspecten van oscillatoren en versterkingssystemen.

De pompbron van vroege met thulium gedoteerde vezellasers maakte over het algemeen gebruik van een 1064 nm YAG-laser met laag vermogen of een 790 nm kleurstoflaser. Vanwege het lage vermogen van de pompbron en de beperkingen van het achterwaarts gedoteerde vezelvoorbereidingsproces destijds, lag het uitgangsvermogen van met thulium gedoteerde vezellasers slechts in het wattniveau. Met de introductie van pomptechnologie met dubbele bekleding en de toenemende volwassenheid van halfgeleiderlasertechnologie met hoog vermogen, neemt het uitgangsvermogen van met thulium gedoteerde vezellasers ook voortdurend toe.

In 1998 hebben Jackson et al. van de Universiteit van Manchester in Groot-Brittannië gebruikte een 790 nm halfgeleiderlaser als pompbron en gebruikte cladpomptechnologie om een ​​ruimtelijk gestructureerde, continu afstembare thulium-gedoteerde vezellaser te bouwen met een maximaal uitgangsvermogen van 5,4 W. In 2007 werd een thulium- gedoteerde germanaatvezellaser werd ontwikkeld. Het experimentele apparaat wordt getoond in Figuur 1. Onder de single-end pompmodus werd een continu laservermogen van 64 W verkregen bij 1900 nm. Om een ​​hoger uitgangsvermogen te verkrijgen, gebruikten de onderzoekers dubbelzijdig pompen en een vezel met een lengte van 40 cm, en verkregen uiteindelijk een continu laservermogen van 1900 nm van 104 W.

In 2009 ontwikkelde het Harbin Institute of Technology een met thulium gedoteerde fiberlaser met een volledig uit vezels bestaande lineaire holtestructuur. Het bestaat uit een reflecterend Bragg-vezelrooster en de Fresnel-reflectie gevormd door het met thulium gedoteerde vezeleindvlak om een ​​resonantieholte te vormen. Het wordt gepompt door 793 nm LD. Uiteindelijk werd een uitgangsvermogen van 39,4 W verkregen. Bovendien vergeleken ze ook het uitgangsvermogen en de spectrale kenmerken die werden verkregen wanneer FBG en dichroïsche spiegels respectievelijk werden gebruikt als koppelingen met hoge reflectie, en ontdekten dat de hellingsefficiëntie van de volledig vezelstructuur lager was en het drempelvermogen hoger. Vergeleken met de ruimtelijke structuur werd de volledig vezelstructuur aanvankelijk beperkt door de prestaties van het optische vezelapparaat en de kwaliteit van de splitsing, en de voordelen ervan waren niet duidelijk. Met de voortdurende verbetering van de voorbereidingstechnologie voor optische vezels en het splitsingsniveau hebben volledig vezelstructuren geleidelijk enorme voordelen laten zien.

In hetzelfde jaar gebruikte een krachtige thulium-gedoteerde vezellaser, gebaseerd op een ruimtelijke structuur, een 793 nm LD om een ​​thulium-gedoteerde vezel met een kerndiameter van 25 μm en een numerieke apertuur (NA) van 0,08 te pompen, en bereikte een single-mode laservermogen van 300 W. Later, met een vergelijkbare structuur, werd een large-mode veldvezel met een kerndiameter van 40 μm en een numerieke apertuur van 0,2 gebruikt om een ​​2040 nm multi-mode laservermogen van 885 te verkrijgen. W, het maximale uitgangsvermogen dat wordt verkregen door een enkele met thulium gedoteerde vezeloscillator.

In 2014 rapporteerde Tsinghua University een krachtige thulium-gedoteerde vezellaser met een lineaire holtestructuur die volledig uit vezels bestaat, bestaande uit een Bragg-vezelrooster en een vezel met een lengte van 3 m. Als pompbronnen werden zeven 790 nm LD's met een maximaal uitgangsvermogen van 70 W gebruikt. Uiteindelijk werd een uitgangsvermogen van 227 W verkregen. In hetzelfde jaar gebruikte de National University of Defense Technology twee krachtige 1173 nm Raman-vezellasers (RFL) als pompbronnen om een ​​zeer efficiënte thulium-gedoteerde vezellaser met smalle lijnbreedte en een volledig uit vezels bestaande rechte holtestructuur te bouwen, en bereikte uiteindelijk een vermogen van 96 W. vermogen. Dit was de eerste gerapporteerde met thulium gedoteerde fiberlaser met een pompgolflengte van bijna 1200 nm en een uitgangsvermogen in de orde van honderden watts. Het bood ook een veelbelovende pompoplossing voor het vergroten van het uitgangsvermogen van met thulium gedoteerde fiberlasers.

In 2015 gebruikte de Huazhong Universiteit voor Wetenschap en Technologie zelfgemaakte met thulium gedoteerde dubbel beklede silicavezels om een ​​met thulium gedoteerde vezellaser te bouwen met een lineaire holtestructuur die volledig uit vezels bestaat. Het gebruikte drie krachtige 793 nm LD's voor het pompen en behaalde een uitgangsvermogen van 121 W. Dit is de eerste keer dat binnenlandse met thulium gedoteerde optische vezels worden gebruikt om een ​​uitgangsvermogen van honderden watt te verkrijgen bij een golflengte van 1915 nm. Bovendien hebben experimenten aangetoond dat het vergroten van de binnenbekledingsdiameter van de versterkingsvezel een betere warmteafvoer kan bereiken, wat ook ideeën oplevert voor thermisch beheer en vermogensverbetering van met thulium gedoteerde vezellasers.