ツリウム添加ファイバーレーザー出力

近年、ツリウムドープファイバーレーザーは、コンパクトな構造、良好なビーム品質、高い量子効率などの利点により、ますます注目を集めています。その中でも、高出力連続ツリウムドープファイバーレーザーは、医療、軍事安全保障、宇宙通信、大気汚染検出、材料加工などの多くの分野で重要な用途を持っています。過去 20 年近くにわたって、高出力連続ツリウムドープ ファイバー レーザーが急速に開発され、現在の最大出力はキロワット レベルに達しています。次にツリウムドープファイバーレーザーの出力向上の軌跡と開発動向を発振器と増幅系の面から見てみましょう。

初期のツリウムドープファイバーレーザーのポンプ光源には、一般に低出力の 1064 nm YAG レーザーまたは 790 nm 色素レーザーが使用されていました。ポンプ源の低出力と当時の逆方向ドープファイバーの準備プロセスの制限により、ツリウムドープファイバーレーザーの出力パワーはわずかワットレベルでした。ダブルクラッディングポンプ技術の導入と高出力半導体レーザー技術の成熟度の増加に伴い、ツリウムドープファイバーレーザーの出力も増加し続けています。

1998 年に、ジャクソンら。英国のマンチェスター大学の研究者らは、790 nm 半導体レーザーを励起光源として使用し、クラッド励起技術を使用して、最大出力 5.4 W の空間的に構造化された連続調整可能なツリウムドープ ファイバー レーザーを構築しました。ドープゲルマニウム酸ファイバーレーザーを開発。実験装置を図 1 に示します。シングルエンド励起モードでは、1900 nm で 64 W の連続レーザー出力が得られました。より高い出力パワーを得るために、研究者らはダブルエンドポンピングを使用し、長さ40cmのゲインファイバーを使用し、最終的に1900nmの連続レーザー出力104Wを獲得しました。

2009 年、ハルビン工業大学は、全ファイバー線形共振器構造を備えたツリウムドープファイバーレーザーを開発しました。これは、反射性ファイバー ブラッグ グレーティングと、共振空洞を形成するツリウムドープ ファイバー端面によって形成されるフレネル反射で構成されます。 793 nm LD によって励起されます。最終的に、３９．４Ｗの出力電力が得られた。さらに、高反射カプラとしてFBGとダイクロイックミラーをそれぞれ使用した場合の出力パワーとスペクトル特性も比較したところ、オールファイバ構造の方がスロープ効率が低く、しきい値パワーが高いことが分かりました。空間構造と比較して、オールファイバー構造は当初、光ファイバーデバイスの性能と接続の品質によって制限され、その利点は明らかではありませんでした。光ファイバーデバイスの準備技術と接続レベルの継続的な改善により、オールファイバー構造は徐々に大きな利点を示してきました。

同年、空間構造に基づく高出力ツリウム添加ファイバーレーザーは、793 nm LD を使用してコア直径 25 μm、開口数 (NA) 0.08 のツリウム添加ファイバーを励起し、その後、同様の構造で、コア径 40 μm、開口数 0.2 のラージモード フィールド ファイバを使用して、2040 nm マルチモード レーザ出力 885 W が得られました。 W、これは単一のツリウムドープファイバー発振器によって得られる最大出力パワーです。

2014年、清華大学は、ファイバーブラッググレーティングと長さ3メートルのゲインファイバーで構成される全ファイバーリニアキャビティ構造を備えた高出力ツリウムドープファイバーレーザーを報告した。最大出力 70 W の 7 つの 790 nm LD をポンプ光源として使用しました。最終的に、２２７Ｗの出力電力が得られた。同年、国立国防技術大学は、ポンプ光源として 2 つの高出力 1173 nm ラマン ファイバー レーザー (RFL) を使用して、全ファイバー ストレート キャビティ構造を備えた高効率の狭い線幅のツリウムドープ ファイバー レーザーを構築しました。最終的に96Wの出力を達成しました。これは、1200 nm 付近のポンプ波長と数百ワット程度の出力を備えた、最初に報告されたツリウムドープ ファイバー レーザーでした。また、ツリウムドープファイバーレーザーの出力を増加させるための非常に有望なポンピングソリューションも提供しました。

2015年、華中科技大学は、自作のツリウムドープダブルクラッドシリカファイバーを使用して、全ファイバーリニアキャビティ構造のツリウムドープファイバーレーザーを構築した。励起には3つの高出力793nm LDを使用し、121Wの出力パワーを得ました。国産のツリウムドープ光ファイバを使用して、波長1915nmで数百ワットの出力パワーを得るのはこれが初めてです。さらに、利得ファイバーのクラッド内径を大きくすると放熱効果が向上することが実験でわかり、これはツリウムドープファイバーレーザーの熱管理と出力向上のアイデアも提供します。