Potencia del láser de fibra dopada con tulio

En los últimos años, los láseres de fibra dopados con tulio han atraído cada vez más atención debido a sus ventajas como estructura compacta, buena calidad del haz y alta eficiencia cuántica. Entre ellos, los láseres de fibra continua dopados con tulio de alta potencia tienen aplicaciones importantes en muchos campos, como la atención médica, la seguridad militar, las comunicaciones espaciales, la detección de la contaminación del aire y el procesamiento de materiales. En los últimos casi 20 años, los láseres continuos de fibra dopada con tulio de alta potencia se han desarrollado rápidamente y la potencia de salida máxima actual ha alcanzado el nivel de kilovatios. A continuación, echemos un vistazo al camino de mejora de la potencia y las tendencias de desarrollo de los láseres de fibra dopados con tulio desde los aspectos de los osciladores y los sistemas de amplificación.

La fuente de bombeo de los primeros láseres de fibra dopados con tulio generalmente utilizaba un láser YAG de 1064 nm de baja potencia o un láser de colorante de 790 nm. Debido a la baja potencia de la fuente de bombeo y a las limitaciones del proceso de preparación de fibras dopadas hacia atrás en ese momento, la potencia de salida de los láseres de fibras dopadas con tulio estaba solo en el nivel de vatios. Con la introducción de la tecnología de bombas de doble revestimiento y la creciente madurez de la tecnología láser semiconductora de alta potencia, la potencia de salida de los láseres de fibra dopada con tulio también aumenta constantemente.

En 1998, Jackson et al. de la Universidad de Manchester en el Reino Unido utilizó un láser semiconductor de 790 nm como fuente de bombeo y utilizó tecnología de bombeo de revestimiento para construir un láser de fibra dopada con tulio continuamente sintonizable y estructurado espacialmente con una potencia de salida máxima de 5,4 W. En 2007, un láser de tulio- Se desarrolló el láser de fibra de germanato dopado. El dispositivo experimental se muestra en la Figura 1. En el modo de bombeo de un solo extremo, se obtuvo una salida láser continua de 64 W a 1900 nm. Para obtener una mayor potencia de salida, los investigadores utilizaron bombeo de doble extremo y utilizaron una fibra de ganancia de 40 cm de largo, y finalmente obtuvieron una salida de láser continuo de 1900 nm de 104 W.

En 2009, el Instituto de Tecnología de Harbin desarrolló un láser de fibra dopada con tulio con una estructura de cavidad lineal totalmente de fibra. Consiste en una rejilla de Bragg de fibra reflectante y la reflexión de Fresnel formada por la cara del extremo de la fibra dopada con tulio para formar una cavidad resonante. Está bombeado por 793 nm LD. Finalmente se obtuvo una potencia de salida de 39,4 W. Además, también compararon la potencia de salida y las características espectrales obtenidas cuando se utilizaron FBG y espejos dicroicos como acopladores de alta reflexión respectivamente, y encontraron que la eficiencia de pendiente de la estructura totalmente de fibra era menor y la potencia umbral era mayor. En comparación con la estructura espacial, la estructura totalmente de fibra estaba inicialmente limitada por el rendimiento del dispositivo de fibra óptica y la calidad del empalme, y sus ventajas no eran obvias. Con la mejora continua de la tecnología de preparación de dispositivos de fibra óptica y el nivel de empalme, las estructuras totalmente de fibra han mostrado gradualmente enormes ventajas.

Ese mismo año, un láser de fibra dopado con tulio de alta potencia basado en una estructura espacial utilizó un LD de 793 nm para bombear una fibra dopada con tulio con un diámetro central de 25 μm y una apertura numérica (NA) de 0,08, y logró una salida de láser monomodo de 300 W. Posteriormente, con una estructura similar, se utilizó una fibra de campo modo grande con un diámetro de núcleo de 40 μm y una apertura numérica de 0,2 para obtener una salida de láser multimodo de 2040 nm de 885 W, que es la potencia de salida máxima obtenida por un único oscilador de fibra dopada con tulio.

En 2014, la Universidad de Tsinghua informó sobre un láser de fibra dopado con tulio de alta potencia con una estructura de cavidad lineal totalmente de fibra, que consta de una rejilla de Bragg de fibra y una fibra de ganancia de 3 m de largo. Como fuentes de bombeo se utilizaron siete LD de 790 nm con una potencia de salida máxima de 70 W. Finalmente se obtuvo una potencia de salida de 227 W. Ese mismo año, la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa utilizó dos láseres de fibra Raman (RFL) de alta potencia de 1173 nm como fuentes de bombeo para construir un láser de fibra dopado con tulio de ancho de línea estrecho y de alta eficiencia con una estructura de cavidad recta totalmente de fibra, y Finalmente consiguió una potencia de 96 W. de potencia. Este fue el primer láser de fibra dopado con tulio del que se informó, con una longitud de onda de bombeo cercana a los 1200 nm y una potencia de salida del orden de cientos de vatios. También proporcionó una solución de bombeo muy prometedora para aumentar la potencia de salida de los láseres de fibra dopados con tulio.

En 2015, la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong utilizó fibra de sílice de doble revestimiento dopada con tulio de fabricación propia para construir un láser de fibra dopada con tulio con una estructura de cavidad lineal totalmente de fibra. Utilizó tres LD de alta potencia de 793 nm para bombear y obtuvo una potencia de salida de 121 W. Esta es la primera vez que utiliza fibra óptica doméstica dopada con tulio para obtener una potencia de salida de cientos de vatios a una longitud de onda de 1915 nm. Además, los experimentos encontraron que aumentar el diámetro del revestimiento interior de la fibra de ganancia puede lograr una mejor disipación del calor, lo que también proporciona ideas para la gestión térmica y la mejora de la potencia de los láseres de fibra dopada con tulio.