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短波長狭線幅ファイバーレーザー

2021-12-27
スペクトル合成技術の場合、合成されるレーザーサブビームの数を増やすことは、合成パワーを上げるための重要な方法の1つです。ファイバーレーザーのスペクトル範囲を拡大すると、スペクトル合成レーザーサブビームの数が増え、スペクトル合成パワーが向上します[44-45]。現在、一般的に使用されているスペクトル合成範囲は1050±1072nmです。狭線幅ファイバーレーザーの波長範囲をさらに1030nmに拡大することは、スペクトル合成技術にとって非常に重要です。そのため、多くの研究機関が短波長(波長1040 nm未満)の細線ワイドファイバーレーザーに焦点を当てています。この論文は主に1030nmファイバーレーザーを研究し、スペクトル合成されたレーザーサブビームの波長範囲を1030nmに拡張します。
異なる波長のファイバーレーザーの出力特性は、主にゲインファイバーの吸収スペクトルと発光スペクトルの影響を受けます。短波長ファイバーレーザーの場合、ファイバーレーザーの従来の波長帯(1060±1080 nm)と比較して、ゲインファイバーの吸収断面積が大きくなります。短波長レーザーはゲインファイバーに容易に再吸収され、長波長レーザー出力を生成します。つまり、ASEが生成され、出力が制限されます。

2011年、イエナ大学のO. Schmidtは、増幅用のシードライトとして狭い線幅のASE光源を使用しました。シードソースの構造を図21に示します。2つのグレーティングを使用して12pmでシードの線幅を制御し、シードの出力電力は400 mW、中心波長は1030nmです。シードソースは2段階で増幅されます。第1段階では40/200フォトニック結晶ファイバを使用し、第2段階では42/500フォトニック結晶ファイバを使用します。最終的な出力電力は697Wで、ビーム品質はM2 = 1.34です[46]。


2016年、米国空軍研究所のNader A. Naderiは、シードソースとして1030nmで変調されたPRBS信号を使用した単一周波数レーザーを使用しました。シードソースのスペクトル線幅は3.5GHzで、増幅段によって増幅されました。実験装置を図22に示します。このシステムは、1030nm帯域のレーザー出力を1034Wに上げ、スペクトル線幅は11 pm、増幅器ステージの出力効率は80%、ASE抑制率は最大40 dB、ビーム品質はM2です。 = 1.1から1.2。実験では、ゲインファイバーの長さを制御することでSBSとASEの影響を抑制しました[47-48]。

2014年、Ye Huang etal。米国のNufernCompanyは、1028±1100nmの波長範囲でkwレーザー出力を達成しました[49]。実験では、主に1028nmと1100nmのレーザーを研究し、その結果を1064nmのレーザーと比較しました。従来のバンドファイバーレーザーと比較して、短波長ファイバーレーザーと長波長ファイバーレーザーの両方のASE効果が大幅に向上していることがわかりました。最後に、ASE効果を抑制した後、1028nm帯域で1215Wのシングルモードレーザー出力が達成され、光学効率は75%でした。

2016年、アメリカの会社Roman Yagodkin etal。シードソースとして単一周波数レーザーで位相変調を実行しました。増幅後、1.5kWを超えるレーザー出力が得られました。レーザーの中心波長範囲は1030〜1070 nmで、スペクトル線幅は<15 GHz [50]です。波長での出力スペクトルを図23に示します。スペクトルから、短波長レーザースペクトルのASE抑制率は1064nm付近のレーザーよりも約15dB低いことがわかります。 2017年、US IPG Companyは、スペクトルを20 GHzに拡張するために、1030nmの単一周波数レーザーで位相変調を実行しました。 3段階の前置増幅段階の後、出力電力は15〜20 Wに達し、最終的に主増幅器段階の後、出力電力は2.2kWでした。短波長レーザー出力は、現在、1030nmバンドファイバーレーザーの最高出力です[50]。
要約すると、ASE効果の影響により、短波長狭線幅ファイバーレーザーの最大出力はわずか2.2 kWであり、一般的な近線幅ファイバーレーザーに比べて開発の余地があります。 1064nmの波長。

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