최근, 우주 및 우주 레이저 기술 및 시스템부, 상하이 광학 및 정밀 기계 연구소(SIPM), 중국 과학 아카데미(CAS), 왕지강 레이저 혁신 센터(WZLIC)의 연구팀이 고출력 툴륨 도핑 파이버 레이저의 빔 품질 예측 및 융합 접합 품질 향상에 진전을 이루었습니다. 관련 연구 결과는 "유한 차분 빔 전파법을 기반으로 한 Tm 도핑 파이버 시스템의 빔 품질 예측" 및 "받침대 파이버 레이저의 영향"으로 요약됩니다. "받침대 파이버 스플라이스가 Tm 도핑 파이버 레이저 성능에 미치는 영향"은 각각 Physica Scripta 및 IEEE Photonics Journal에 게재되었습니다.
파장이 1900~2100nm 범위인 고출력 툴륨 도핑 파이버 레이저(TDFL)는 생물의학, 플라스틱 가공, LIDAR, 흡수 분광 진단 및 중적외선 레이저 펌핑 소스 분야에서 광범위한 응용 전망을 가지고 있습니다. 고출력에서 양자 손실로 인한 열 증착은 활성 파이버 내부에서 더 심각한 열 유도 굴절률 변화를 일으켜 출력 빔의 품질에 영향을 미칩니다. 고출력 툴륨 도핑 파이버 레이저의 많은 설계 매개변수를 균형 있게 조정하고 레이저 출력 성능을 예측 및 개선하며 높은 빔 품질을 달성하는 방법은 시급한 문제입니다.
이 작업에서, 복잡한 굴절률과 다양한 굽힘 반경을 가진 능동 파이버에 대해 연구자들은 유한 차분 빔 전송법(FD-BPM)에 의해 주어진 매개변수를 사용하여 레이저 내부의 빔 전송을 시뮬레이션하고 최종 출력 스팟의 프로파일 예측을 기반으로 레이저의 출력 빔 품질을 제공했습니다. 다양한 레이저 전력에 대한 빔 품질의 수치 계산 결과를 일반적인 실험 연구 결과와 비교한 결과, 예측 결과와 실험 결과의 편차가 10% 미만이어서 확립된 빔 품질 예측 모델의 정확성을 검증했습니다.
한편, 연구진은 수치 시뮬레이션과 실험적 탐색을 통해 툴륨 도핑 광섬유의 융착 접속 품질이 레이저 출력 성능에 미치는 영향을 심층적으로 분석하고 융착 접속 매개변수 시뮬레이션과 융착 접속 공정 최적화를 통해 202W 출력의 1940nm 툴륨 도핑 광섬유 레이저의 고성능 및 안정적인 출력을 실현했습니다. 광-광 변환 효율은 39.6%에서 48.4%로 증가했고 빔 품질은 M2x=10.55, M2y=11.89에서 M2x=2.17, M2y=2.26으로 증가했습니다. 이 연구는 고출력, 고빔 품질의 TDFL을 설계하기 위한 이론적 지침을 제공합니다.
