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Láser de fibra de ancho de línea estrecho de longitud de onda corta

2021-12-27
Para la tecnología de síntesis espectral, aumentar el número de subhaces láser sintetizados es una de las formas importantes de aumentar la potencia de síntesis. La expansión del rango espectral de los láseres de fibra ayudará a aumentar la cantidad de subhaces de láser de síntesis espectral y aumentará la potencia de síntesis espectral [44-45]. En la actualidad, el rango de síntesis de espectro comúnmente utilizado es 1050~1072 nm. Ampliar aún más el rango de longitud de onda de los láseres de fibra de ancho de línea estrecho a 1030 nm es de gran importancia para la tecnología de síntesis de espectro. Por lo tanto, muchas instituciones de investigación se han centrado en los láseres de fibra ancha de línea estrecha de longitud de onda corta (longitud de onda inferior a 1040 nm). Este documento estudia principalmente el láser de fibra de 1030 nm y amplía el rango de longitud de onda del subhaz láser sintetizado espectralmente a 1030 nm.
Las características de salida de los láseres de fibra con diferentes longitudes de onda se ven afectadas principalmente por el espectro de absorción y el espectro de emisión de la fibra de ganancia. Para los láseres de fibra de longitud de onda corta, en comparación con la banda de longitud de onda tradicional (1060~1080 nm) de los láseres de fibra, la sección transversal de absorción de la fibra de ganancia es mayor. El láser de longitud de onda corta se reabsorbe fácilmente en la fibra de ganancia para producir una salida de láser de longitud de onda más larga, es decir, se genera ASE, lo que limita su potencia de salida.

En 2011, O. Schmidt de la Universidad de Jena utilizó una fuente ASE de ancho de línea estrecho como luz inicial para la amplificación. La estructura de la fuente de semillas se muestra en la Figura 21. Se utilizan dos rejillas para controlar el ancho de línea de la semilla a las 12 pm, la potencia de salida de la semilla es de 400 mW y la longitud de onda central es de 1030 nm. La fuente de semillas se amplifica en dos etapas. La primera etapa usa una fibra de cristal fotónico 40/200 y la segunda etapa usa una fibra de cristal fotónico 42/500. La potencia de salida final es de 697 W y la calidad del haz es M2=1,34 [46].


En 2016, Nader A. Naderi, del Laboratorio de la Fuerza Aérea de EE. UU., utilizó un láser de frecuencia única con una señal PRBS modulada a 1030 nm como fuente inicial. El ancho de línea espectral de la fuente semilla fue de 3,5 GHz y luego fue amplificado por una etapa amplificadora. El dispositivo experimental se muestra en la Figura 22. . El sistema aumenta la potencia de salida del láser de la banda de 1030 nm a 1034 W, el ancho de línea espectral es de 11 pm, la eficiencia de salida de la etapa amplificadora es del 80 %, la relación de supresión ASE es de hasta 40 dB y la calidad del haz es M2 = 1,1 a 1,2. En el experimento, los efectos SBS y ASE se suprimieron controlando la longitud de la fibra de ganancia [47-48].

En 2014, Ye Huang et al. de Nufern Company en los Estados Unidos logró una salida de láser kw en el rango de longitud de onda de 1028~1100 nm [49]. En el experimento, se estudiaron principalmente los láseres de 1028 nm y 1100 nm, y los resultados se compararon con los láseres de 1064 nm. Se encontró que, en comparación con los láseres de fibra de banda tradicionales, el efecto ASE de los láseres de fibra de longitud de onda corta y larga mejoró significativamente. Finalmente, después de suprimir el efecto ASE, se logró una salida de láser monomodo de 1215 W en la banda de 1028 nm y la eficiencia óptica fue del 75 %.

En 2016, la empresa estadounidense Roman Yagodkin et al. realizó modulación de fase en un láser de frecuencia única como fuente semilla. Después de la amplificación, se obtuvo una salida de láser de >1,5 kW. El rango de longitud de onda del centro del láser es 1030~1070 nm, y el ancho de línea espectral es <15 GHz[50]. El espectro de salida en la longitud de onda se muestra en la Figura 23. Puede verse en el espectro que la relación de supresión de ASE del espectro del láser de longitud de onda corta es aproximadamente 15 dB más baja que la del láser cerca de 1064 nm. En 2017, la empresa estadounidense IPG realizó una modulación de fase en el láser de frecuencia única de 1030 nm para expandir el espectro a 20 GHz. Después de una etapa de preamplificación de tres etapas, la potencia de salida alcanzó los 15-20 W y, finalmente, después de la etapa de amplificación principal, la potencia de salida fue de 2,2 kW. La salida del láser de longitud de onda corta es actualmente la potencia de salida más alta del láser de fibra de banda de 1030 nm [50].
En resumen, debido a la influencia del efecto ASE, la potencia de salida máxima del láser de fibra de ancho de línea estrecho de longitud de onda corta es de solo 2,2 kW, lo que tiene mucho espacio para el desarrollo en comparación con el láser de fibra de ancho de línea estrecho cerca del típico longitud de onda de 1064 nm.