НУДТ постиже 20кВ висококвалитетни ласерски излаз заснован на конусним влакнима допираним итербијумом

Супресија нелинеарног ефекта и контрола режима су тренутни технички изазови за повећање снаге ласера ​​са влакнима допираног итербијумом (ИДФЛ) велике снаге. Повећање пречника ИДФ језгра је корисно за побољшање СРС прага, али доводи до теже контроле режима вишег реда и потешкоћа у постизању високог квалитета зрака. У поређењу са уједначеним влакнима са двоструком облогом, конусна влакна имају одређене предности у балансирању СРС потискивања и контроле режима. Мали део пречника језгра конусног влакна може да смањи број режима вођења језгра како би се постигла ефикасна контрола режима, док део са великим пречником језгра погодује смањењу густине снаге језгра како би се побољшао СРС праг.2022, Национални универзитет одбране Технологија (НУДТ) заснована на једнообразном двоструко обложеном влакну допираном итербијумом је постигла ласерски излаз од 20 кВ, са фактором квалитета зрака М2 од 3.3.2023, а у циљу даљег побољшања квалитета зрака, тим је спровео теоријске и практичне студије ТИДФ ласера, ТАперед Иттербиум-допед Фибер (ТИДФ) ласерско теоријско и експериментално истраживање.
Ресеарцх Прогресс
Да би се побољшао СРС праг, ласер усваја структуру појачања снаге главног осцилатора (МОПА) са повратном пумпом, као што је приказано на слици 1. 1{{20}} 80 нм семена светлост се убризгава са малог краја ТИДФ-а узастопно кроз адаптер за поље режима (МФА), нагнуту решетку (ЦТФБГ) и оптички филтер за облагање (ЦПС 1). Светлост пумпе од 1018 нм се убризгава у велики крај ТИДФ-а кроз руку за пумпање уназад (6 + 1) × 1 комбиновани сноп (ПСЦ). убризган у велики крај ТИДФ-а. Појачана сигнална светлост излази кроз оптички филтер за облагање (ЦПС 2) и завршни поклопац влакна (КБХ). Пигтаил ЦПС 1 је двоструко обложено влакно за пренос енергије од 30/250 μм. Пигтаилови ПСЦ, ЦПС 2 и КБХ су сва 48/400 μм двоструко обложена влакна за пренос енергије. ТИДФ је независно дизајнирао и развио Национални универзитет за одбрамбену технологију (НУДТ). Национални универзитет за технологију одбране Независни дизајн и развој ТИДФ-а, његов мали пречник језгра, пречник језгра / пречник унутрашњег омотача од 30/250 μм, велики регион пречника језгра / пречник унутрашњег омотача од 48/400 μм, нумерички отвор језгра од 0,066, коефицијент апсорпције омотача од око 0,36 дБ/м на 1018 нм, ТИДФ оптичко влакно у региону малог пречника језгра, конусно подручје, дужина региона пречника језгра великог пречника језгра 15 м, 30 м, 15 м . Дужина ТИДФ влакана у региону малог пречника језгра, суженог подручја, региона великог пречника језгра, респективно, ТИДФ је фиксиран на плочу са водом хлађеном влакном спиралним намотавањем, а минимални пречник намотавања је већи од 25 цм.

Слика 1 20 Шематски дијаграм структуре ласерског ласера ​​са влакнима
Варијација излазне снаге ласера ​​је приказана на слици 2(а). Излазна снага 200 В од 1080 нм сеед ласера ​​након појачала је 160 В. Када је највећа снага пумпе убризгана у ТИДФ 24,8 кВ, излазна снага ласера ​​је 20,2 кВ, што одговара укупној ефикасности нагиба од 80,8 %. Спектар при највећој излазној снази је приказан на слици 2(б), где је однос супресије СРС 33 дБ и нема очигледне компоненте Раманове светлости. М2 фактор квалитета зрака при различитим снагама (мерен применом Примес ЛКМ 200 са жижном даљином колиматора од 120 мм) приказан је на слици 2(ц). М2 фактор од 2,18 при 13,5 кВ је значајно побољшање у поређењу са резултатима мерења тима 2022 на основу хомогеног влакна од 48/400 μм при истој снази (М2=2.8).
Због мале ласерске тачке (пречник упадне тачке ЛКМ 200 треба да буде мањи од 15 мм), са повећањем излазне снаге, термички ефекат колиматорског сочива се интензивира, што доводи до очигледне аберације фазе ван фокуса и аберације тачке , тако да тачно мерење М2 при излазној снази од 20 кВ за сада није могуће. Фактор квалитета снопа је такође тестиран у експерименту коришћењем инструмента за мерење квалитета снопа (ГИМ-100) који је развио Институт за физичке науке Хефеи, Кинеска академија наука, у складу са „ГЈБ 7367-2011 методом за мерење фактора квалитета високоенергетских ласерских зрака“. Због употребе великог тачкастог колиматора са великом жижном даљином (190 мм), утицај топлотног ефекта колиматора на резултате мерења је у извесној мери ублажен. фактор при 13,5 кВ био је 1,92, а резултати испитивања при 20 кВ приказани су на слици 2(д). минимална вредност фактора била је 1,93, максимална вредност 2,05, а просечна вредност 1,99 на 150 с. Фактор је био 1,99 на 13,5 кВ, а просечна вредност је била 1,99 на 20 кВ.

Слика 2 Излазна снага ласера ​​и резултати испитивања
Изгледи за будућност
Пошто не постоји прецизна метода конверзије између -фактора и М2-фактора, стварна вредност М2-фактора на 20 кВ за сада не може да се изведе из резултата теста -фактора. Међутим, упоређујући ласер од 20 кВ који је тим реализовао 2022. године на основу униформног ИДФ од 48/400 μм (просечна вредност -фактора је 2,94 на основу истог тест система), квалитет зрака је значајно побољшан. Експериментални резултати потврђују изводљивост конусних влакана за побољшање квалитета зрака. У наставку рада, тим ће наставити да оптимизује структурне параметре ТИДФ и уређаја са влакнима како би постигао даље побољшање у снази и квалитету зрака.