Thulium katkılı fiber lazer gücü

Son yıllarda tülyum katkılı fiber lazerler kompakt yapısı, iyi ışın kalitesi ve yüksek kuantum verimliliği gibi avantajlarından dolayı giderek daha fazla ilgi görmektedir. Bunlar arasında yüksek güçlü sürekli tülyum katkılı fiber lazerlerin tıbbi bakım, askeri güvenlik, uzay iletişimi, hava kirliliği tespiti ve malzeme işleme gibi birçok alanda önemli uygulamaları vardır. Son 20 yılda yüksek güçlü sürekli tülyum katkılı fiber lazerler hızla gelişti ve mevcut maksimum çıkış gücü kilovat seviyesine ulaştı. Şimdi tülyum katkılı fiber lazerlerin güç iyileştirme yoluna ve gelişim eğilimlerine osilatörler ve amplifikasyon sistemleri açısından bakalım.

İlk tülyum katkılı fiber lazerlerin pompa kaynağında genellikle düşük güçlü 1064 nm YAG lazer veya 790 nm boya lazer kullanılıyordu. Pompa kaynağının gücünün düşük olması ve o dönemde geriye katkılı fiber hazırlama işleminin sınırlamaları nedeniyle, tülyum katkılı fiber lazerlerin çıkış gücü yalnızca watt seviyesindeydi. Çift kaplamalı pompa teknolojisinin kullanıma sunulması ve yüksek güçlü yarı iletken lazer teknolojisinin artan olgunluğuyla birlikte, tülyum katkılı fiber lazerlerin çıkış gücü de sürekli artmaktadır.

1998'de Jackson ve ark. Birleşik Krallık'taki Manchester Üniversitesi'nden bir araştırmacı, pompa kaynağı olarak 790 nm'lik bir yarı iletken lazer kullandı ve maksimum 5,4 W çıkış gücüne sahip, mekansal olarak yapılandırılmış, sürekli olarak ayarlanabilen, tülyum katkılı bir fiber lazer oluşturmak için kaplama pompalama teknolojisini kullandı. 2007 yılında, bir tülyum-katkılı fiber lazer katkılı almanat fiber lazer geliştirildi. Deney cihazı Şekil 1'de gösterilmektedir. Tek uçlu pompalama modunda 1900 nm'de 64 W'lık sürekli bir lazer çıkışı elde edildi. Daha yüksek çıkış gücü elde etmek için araştırmacılar çift uçlu pompalama kullanarak 40 cm uzunluğunda kazançlı fiber kullandılar ve sonunda 1900 nm'de 104 W'lık sürekli lazer çıkışı elde ettiler.

2009 yılında Harbin Teknoloji Enstitüsü, tamamen fiberden oluşan doğrusal boşluk yapısına sahip, tülyum katkılı bir fiber lazer geliştirdi. Yansıtıcı bir fiber Bragg ızgarasından ve bir rezonans boşluğu oluşturmak için tülyum katkılı fiber uç yüzü tarafından oluşturulan Fresnel yansımasından oluşur. 793 nm LD tarafından pompalanır. Sonunda 39,4 W çıkış gücü elde edildi. Ayrıca yüksek yansıma bağlayıcı olarak sırasıyla FBG ve dikroik aynalar kullanıldığında elde edilen çıkış gücü ve spektral özellikleri karşılaştırmışlar ve tüm fiber yapının eğim verimliliğinin daha düşük, eşik gücünün daha yüksek olduğunu bulmuşlardır. Uzamsal yapı ile karşılaştırıldığında, tüm fiber yapı başlangıçta fiber optik cihazın performansı ve birleştirme kalitesi ile sınırlıydı ve avantajları açık değildi. Fiber optik cihaz hazırlama teknolojisinin ve birleştirme seviyesinin sürekli gelişmesiyle birlikte, tüm fiber yapılar giderek büyük avantajlar göstermiştir.

Aynı yıl, uzaysal yapıya dayalı yüksek güçlü bir tülyum katkılı fiber lazer, çekirdek çapı 25 μm ve sayısal açıklığı (NA) 0,08 olan bir tülyum katkılı fiberi pompalamak için 793 nm'lik bir LD kullandı ve bu başarıya ulaştı. 300 W'lık tek modlu lazer çıkışı. Daha sonra benzer yapıya sahip, çekirdek çapı 40 μm ve sayısal açıklığı 0,2 olan geniş modlu alan fiberi kullanılarak 885'lik 2040 nm çok modlu lazer çıkışı elde edildi. W, tek bir tülyum katkılı fiber osilatörün elde ettiği maksimum çıkış gücüdür.

2014 yılında Tsinghua Üniversitesi, Bragg fiber ızgarası ve 3 m uzunluğunda kazanç fiberinden oluşan, tamamı fiberden oluşan doğrusal boşluk yapısına sahip, yüksek güçlü, tülyum katkılı bir fiber lazeri rapor etti. Pompa kaynağı olarak maksimum çıkış gücü 70 W olan yedi adet 790 nm LD kullanıldı. Son olarak 227 W çıkış gücü elde edildi. Aynı yıl, Ulusal Savunma Teknolojisi Üniversitesi, tamamı fiberden oluşan düz boşluklu bir yapıya sahip, yüksek verimli, dar çizgi genişliğine sahip, tülyum katkılı bir fiber lazer oluşturmak için pompa kaynağı olarak iki adet yüksek güçlü 1173 nm Raman fiber lazeri (RFL) kullandı ve sonunda 96 W. güç çıkışına ulaştı. Bu, 1200 nm'ye yakın bir pompa dalga boyuna ve yüzlerce watt düzeyinde bir çıkış gücüne sahip olduğu bildirilen ilk tülyum katkılı fiber lazerdi. Ayrıca tülyum katkılı fiber lazerlerin çıkış gücünü artırmak için çok umut verici bir pompalama çözümü sağladı.

2015 yılında Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, tamamen fiberden oluşan doğrusal boşluk yapısına sahip bir tülyum katkılı fiber lazer oluşturmak için kendi yapımı tülyum katkılı çift kaplı silika fiberi kullandı. Pompalama için üç adet yüksek güçlü 793 nm LD kullanıldı ve 121 W çıkış gücü elde edildi. Bu, 1915 nm dalga boyunda yüzlerce watt çıkış gücü elde etmek için yerli tülyum katkılı optik fiber kullanılarak ilk kez kullanılıyor. Ek olarak deneyler, kazanç fiberinin iç kaplama çapının arttırılmasının daha iyi ısı dağılımı sağlayabileceğini buldu; bu aynı zamanda tülyum katkılı fiber lazerlerin termal yönetimi ve güç iyileştirmesi için de fikir sağlıyor.