Ласерска моќност со допирани влакна со тулиум

Во последниве години, ласерите со влакна со тулиум привлекуваат се повеќе и повеќе внимание поради нивните предности како што се компактната структура, добриот квалитет на зракот и високата квантна ефикасност. Меѓу нив, континуираните ласери со тулиум-допирани влакна имаат важна примена во многу области како што се медицинска нега, воена безбедност, вселенски комуникации, откривање на загадувањето на воздухот и обработка на материјали. Во изминатите речиси 20 години, континуираните ласери со тулиум-допирани влакна брзо се развија, а моменталната максимална излезна моќност го достигна нивото на киловати. Следно, ајде да го разгледаме патот за подобрување на моќноста и развојните трендови на ласерите со влакна со тулиум од аспект на осцилаторите и системите за засилување.

Изворот на пумпата на раните ласери со влакна со допирани тулиум обично користеше ласер со мала моќност од 1064 nm YAG или ласер за боја од 790 nm. Поради малата моќност на изворот на пумпата и ограничувањата на процесот на подготовка на наназад допирани влакна во тоа време, излезната моќност на ласерите со влакна со тулиум беше само на ниво на вати. Со воведувањето на технологијата на пумпата со двојно обложување и зголемената зрелост на технологијата на полупроводнички ласери со висока моќност, излезната моќност на ласерите со влакна со тулиум исто така постојано се зголемува.

Во 1998 година, Џексон и сор. од Универзитетот во Манчестер во Обединетото Кралство користеше полупроводнички ласер од 790 nm како извор на пумпа и користеше технологија за пумпање со обвивка за да изгради просторно структуриран континуирано приспособлив ласер со влакна со тулиум допирани со максимална излезна моќност од 5,4 W. Во 2007 година, тулиум- беше развиен ласер со допингуван германат влакна. Експерименталниот уред е прикажан на слика 1. При режим на пумпање со еден крај, се добива континуиран ласерски излез од 64 W на 1900 nm. Со цел да се добие поголема излезна моќност, истражувачите користеа пумпање со двоен крај и користеа влакно за засилување од 40 cm, и на крајот добија континуиран ласерски излез од 1900 nm од 104 W.

Во 2009 година, Технолошкиот институт Харбин разви ласер со влакно допиран со тулиум со линеарна структура на шуплина од сите влакна. Се состои од рефлектирачко влакно Браг-решетка и рефлексија на Френел формирана од крајното лице на влакно допрено со тулиум за да формира резонантна празнина. Се пумпа со 793 nm LD. Конечно, добиена е излезна моќност од 39,4 W. Дополнително, тие, исто така, ја споредија излезната моќност и спектралните карактеристики добиени кога FBG и дихроичните огледала беа користени како спојки со висока рефлексија, соодветно, и открија дека ефикасноста на наклонот на структурата со сите влакна е помала, а моќноста на прагот е поголема. Во споредба со просторната структура, структурата со сите влакна првично беше ограничена од перформансите на уредот со оптички влакна и квалитетот на спојување, а нејзините предности не беа очигледни. Со континуираното подобрување на технологијата за подготовка на уреди за оптички влакна и нивото на спојување, структурите од сите влакна постепено покажаа огромни предности.

Истата година, ласер со влакна со висока моќност, базиран на просторна структура, користеше 793 nm LD за пумпање влакно допрено со тулиум со дијаметар на јадрото од 25 μm и нумеричка бленда (NA) од 0,08, и постигна ласерски излез од еден режим од 300 W. Подоцна, со слична структура, полето влакно со голем режим со дијаметар на јадрото од 40 μm и нумеричка бленда од 0,2 беше искористено за да се добие повеќемоден ласерски излез од 2040 nm од 885 W, што е максималната излезна моќност добиена со единечен осцилатор со влакна допирана со тулиум.

Во 2014 година, Универзитетот Цингхуа пријави ласер со влакна со висока моќност допирана со тулиум со структура на линеарна шуплина од целосно влакно, која се состои од решетка од влакна Браг и влакно за засилување долга 3 m. Седум LD 790 nm со максимална излезна моќност од 70 W беа користени како извори на пумпа. Конечно, добиена е излезна моќност од 227 W. Истата година, Националниот универзитет за одбранбена технологија користеше два ласери со раманови влакна со висока моќност од 1173 nm (RFL) како извори на пумпа за да се изгради високоефикасен ласер со влакна со тесна ширина на линијата со тулиум допирана со структура на директно влакно од сите влакна, и конечно постигна моќност од 96 W. Ова беше првиот пријавен ласер со влакна со тулиум, со бранова должина на пумпата близу 1200 nm и излезна моќност од редот на стотици вати. Тој исто така обезбеди многу ветувачко решение за пумпање за зголемување на излезната моќност на ласерите со влакна со тулиум.

Во 2015 година, Универзитетот за наука и технологија Хуажонг користеше само-направено силициумско влакно со двојно обложено со тулиум за да изгради ласер со влакна со тулиум со линеарна структура на шуплина од сите влакна. Користеше три LD со висока моќност од 793 nm за пумпање и доби излезна моќност од 121 W. Ова е прв пат да се користи домашно оптичко влакно допрено со тулиум за да се добие излезна моќност од стотици вати на бранова должина од 1915 nm. Покрај тоа, експериментите открија дека со зголемување на дијаметарот на внатрешната обвивка на влакното за засилување може да се постигне подобра дисипација на топлина, што исто така дава идеи за термичко управување и подобрување на моќноста на ласерите со влакна со тулиум.