Novinky z oboru

Vláknový laser s krátkou vlnovou délkou a šířkou čáry

2021-12-27
Pro technologii spektrální syntézy je zvýšení počtu syntetizovaných laserových dílčích paprsků jedním z důležitých způsobů, jak zvýšit výkon syntézy. Rozšíření spektrálního rozsahu vláknových laserů pomůže zvýšit počet dílčích laserových paprsků spektrální syntézy a zvýšit výkon spektrální syntézy [44-45]. V současnosti je běžně používaný rozsah syntézy spektra 1050 x 1072 nm. Další rozšíření rozsahu vlnových délek vláknových laserů s úzkou šířkou čáry na 1030 nm má velký význam pro technologii syntézy spektra. Proto se mnoho výzkumných institucí zaměřilo na krátkovlnné (vlnová délka menší než 1040 nm) a úzké linie Byly studovány širokovláknové lasery. Tento článek studuje především vláknový laser 1030 nm a rozšiřuje rozsah vlnových délek spektrálně syntetizovaného laserového dílčího paprsku na 1030 nm.
Výstupní charakteristiky vláknových laserů s různými vlnovými délkami jsou ovlivněny především absorpčním spektrem a emisním spektrem ziskového vlákna. U krátkovlnných vláknových laserů ve srovnání s tradičním pásmem vlnových délek (1060 x 1080 nm) vláknových laserů je absorpční průřez vlákna se ziskem větší. Laser s krátkou vlnovou délkou se snadno reabsorbuje ve vláknu se ziskem a vytváří laserový výstup s delší vlnovou délkou, to znamená, že se generuje ASE, což omezuje jeho výstupní výkon.

V roce 2011 O. Schmidt z University of Jena použil jako zdroj světla pro zesílení úzký zdroj ASE. Struktura zdroje nukleace je znázorněna na obrázku 21. K řízení šířky čáry semene ve 12 pm jsou použity dvě mřížky, výstupní výkon seed je 400 mW a střední vlnová délka je 1030 nm. Zdroj semen je zesílen ve dvou fázích. První stupeň používá vlákno fotonického krystalu 40/200 a druhý stupeň používá vlákno fotonického krystalu 42/500. Konečný výstupní výkon je 697 W a kvalita paprsku M2=1,34 [46].


V roce 2016 Nader A. Naderi z U.S. Air Force Laboratory použil jako zdroj zárodků jednofrekvenční laser se signálem PRBS modulovaným 1030 nm. Spektrální šířka čáry výchozího zdroje byla 3,5 GHz a poté byla zesílena zesilovacím stupněm. Experimentální zařízení je znázorněno na obrázku 22. . Systém zvyšuje výstupní výkon laseru v pásmu 1030 nm na 1034 W, spektrální šířka čáry je 23 pm, výstupní účinnost zesilovacího stupně je 80 %, poměr potlačení ASE je až 40 dB a kvalita paprsku je M2 = 1,1 až 1,2. V experimentu byly účinky SBS a ASE potlačeny řízením délky ziskového vlákna [47-48].

V roce 2014 Ye Huang a spol. společnosti Nufern Company ve Spojených státech dosáhl výkonu kw laseru v rozsahu vlnových délek 1028 x 1100 nm [49]. V experimentu byly studovány především lasery 1028 nm a 1100 nm a výsledky byly porovnány s lasery 1064 nm. Bylo zjištěno, že ve srovnání s tradičními pásovými vláknovými lasery byl ASE efekt jak krátkovlnných, tak i dlouhovlnných vláknových laserů významně zesílen. Nakonec po potlačení efektu ASE bylo dosaženo výkonu 1215 W jednovidového laseru v pásmu 1028 nm a optická účinnost byla 75 %.

V roce 2016 americká společnost Roman Yagodkin a spol. provedl fázovou modulaci na jednofrekvenčním laseru jako zdroji zárodků. Po zesílení byl získán výkon laseru >1,5 kW. Rozsah vlnových délek středu laseru je 1030 x 1070 nm a šířka spektrální čáry je <15 GHz[50]. Výstupní spektrum při vlnové délce je znázorněno na obrázku 23. Ze spektra je vidět, že poměr potlačení ASE u krátkovlnného laserového spektra je asi o 15 dB nižší než u laseru v blízkosti 1064 nm. V roce 2017 provedla americká IPG Company fázovou modulaci na 1030 nm jednofrekvenčním laseru pro rozšíření spektra na 20 GHz. Po třístupňovém předzesilovacím stupni dosahoval výstupní výkon 15-20 W a nakonec po hlavním zesilovacím stupni byl výstupní výkon 2,2 kW. Výstup krátkovlnného laseru je v současnosti nejvyšším výstupním výkonem vláknového laseru v pásmu 1030 nm [50].
Stručně řečeno, díky vlivu ASE efektu je maximální výstupní výkon krátkovlnného vláknového laseru s úzkou šířkou čáry pouze 2,2 kW, což má velký prostor pro vývoj ve srovnání s vláknovým laserem s úzkou šířkou čáry blízko typické vlnová délka 1064 nm.