Kürzlich hat ein Forschungsteam der Abteilung für raumfahrt- und astronautische Lasertechnologie und -systeme, des Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM), der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) und des Wang Zhijiang Laser Innovation Center (WZLIC) Fortschritte bei der Vorhersage der Strahlqualität für leistungsstarke Thulium-dotierte Faserlaser und der Verbesserung der Qualität von Fusionsverbindungen erzielt. Die entsprechenden Forschungsergebnisse werden als „Vorhersage der Strahlqualität für Tm-dotierte Fasersysteme basierend auf der Methode der Strahlausbreitung mit finiten Differenzen“ und „Einfluss von Sockelfaserlasern“ zusammengefasst. „Einfluss von Sockelfaserspleißen auf die Leistung von Tm-dotierten Faserlasern“ wurden in Physica Scripta bzw. im IEEE Photonics Journal veröffentlicht.
Hochleistungs-Thulium-dotierte Faserlaser (TDFLs) mit Wellenlängen im Bereich von 1900 bis 2100 nm haben breite Anwendungsaussichten in den Bereichen Biomedizin, Kunststoffverarbeitung, LIDAR, Absorptionsspektroskopiediagnostik und Laserpumpquellen im mittleren Infrarotbereich. Bei hoher Leistung verursacht thermische Ablagerung aufgrund von Quantenverlusten schwerwiegendere thermisch bedingte Brechungsindexänderungen innerhalb der aktiven Faser, was sich auf die Qualität des Ausgangsstrahls auswirkt. Wie man die vielen Designparameter von Hochleistungs-Thulium-dotierten Faserlasern ausbalanciert, die Laserausgangsleistung vorhersagt und verbessert und eine hohe Strahlqualität erreicht, ist ein dringendes Problem.
In dieser Arbeit simulierten die Forscher für aktive Fasern mit komplexen Brechungsindizes und unterschiedlichen Biegeradien den Strahltransport innerhalb eines Lasers mit vorgegebenen Parametern mithilfe der Finite-Differenzen-Strahltransportmethode (FD-BPM) und ermittelten die Ausgangsstrahlqualität des Lasers anhand der Vorhersage des Profils des endgültigen Ausgangspunkts. Ein Vergleich der numerischen Berechnungsergebnisse der Strahlqualität für unterschiedliche Laserleistungen mit typischen experimentellen Studienergebnissen zeigt, dass die Abweichung der vorhergesagten Ergebnisse von den experimentellen Ergebnissen weniger als 10 % beträgt, was die Genauigkeit des etablierten Strahlqualitätsvorhersagemodells bestätigt.
In der Zwischenzeit analysierten die Forscher durch numerische Simulation und experimentelle Untersuchungen eingehend den Einfluss der Fusionsspleißqualität von thuliumdotierten Fasern auf die Ausgangsleistung des Lasers und stellten durch die Simulation der Fusionsspleißparameter und die Optimierung des Fusionsspleißprozesses eine leistungsstarke und stabile Ausgangsleistung des 1940 nm thuliumdotierten Faserlasers mit einer Leistung von 202 W fest: Die optisch-optische Umwandlungseffizienz wurde von 39,6 % auf 48,4 % erhöht und die Strahlqualität von M2x=10.55, M2y=11.89 auf M2x=2.17, M2y=2.26 verbessert. Diese Studie bietet theoretische Anleitungen für das Design von TDFLs mit hoher Leistung und hoher Strahlqualität.
