Wyzwania stojące przed laserami światłowodowymi ciągłymi domieszkowanymi tulem o dużej mocy

Wyzwania stojące przed laserami światłowodowymi o dużej mocy, ciągłymi domieszkowanymi tulem. W ciągu ostatnich dwudziestu lat moc wyjściowa laserów światłowodowych ciągłych domieszkowanych tulem dramatycznie wzrosła. Moc wyjściowa pojedynczego oscylatora całkowicie światłowodowego przekroczyła 500 W; całkowicie światłowodowa struktura MOPA osiągnęła moc wyjściową kilowatów. Jednak nadal istnieje wiele problemów ograniczających dalszą poprawę mocy.

Po pierwsze, gdy moc wzrośnie, układ będzie generował dużą ilość ciepła, co poważnie wpłynie na wzrost mocy wyjściowej i stabilność lasera, a nawet może spowodować uszkodzenie lasera. Dlatego efektywne odprowadzanie ciepła jest kluczowe. Dzięki zastosowaniu wielostopniowej struktury wzmacniającej można skutecznie rozproszyć dystrybucję ciepła w systemie i zmniejszyć nacisk na zarządzanie ciepłem. Użycie źródła pompy o długości fali zbliżonej do długości fali lasera może zmniejszyć straty kwantowe i zmniejszyć wytwarzanie ciepła. Ponadto niektóre nowe światłowody o dobrych właściwościach rozpraszania ciepła, takie jak światłowody powlekane metalem, również dostarczają nowych pomysłów na zarządzanie ciepłem.

Po drugie, im wyższa moc wyjściowa lasera, tym bardziej oczywisty będzie nieliniowy wpływ światłowodu na wzrost mocy. Niektóre nowe światłowody fotoniczne o dużym polu modowym mają wyższe progi nieliniowości, co może skutecznie redukować wpływ efektów nieliniowych.

Oprócz wpływu temperatury i efektów nieliniowych, wydajność urządzeń światłowodowych 2 μm ogranicza w pewnym stopniu poprawę mocy wyjściowej. Gdy moc przekroczy maksymalną moc urządzenia światłowodowego, urządzenie zostanie uszkodzone, a wysoka moc powoduje, że podwyższona temperatura wpływa na wydajność urządzeń światłowodowych.

Dlatego opracowanie urządzeń światłowodowych o wysokiej stabilności i wytrzymałości na dużą moc jest ważnym sposobem na dalsze zwiększenie mocy wyjściowej laserów światłowodowych domieszkowanych tulem. Ponadto wydajność absorpcji światła pompy przez włókno wzmacniające i jasność źródła pompy są również ważnymi czynnikami wpływającymi na wzrost mocy.

Ogólnie rzecz biorąc, poprawa mocy wyjściowej laserów światłowodowych domieszkowanych tulem może rozpocząć się od aspektów osiągnięcia skutecznej kontroli temperatury, opracowania wysokowydajnych włókien domieszkowanych tulem, przezwyciężenia efektów nieliniowych, poprawy wydajności urządzeń światłowodowych, optymalizacji struktury systemu i ulepszenia źródła pompy jasność.