Kuasa laser gentian doped Thulium

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, laser gentian doped thulium telah menarik lebih banyak perhatian kerana kelebihannya seperti struktur padat, kualiti rasuk yang baik, dan kecekapan kuantum yang tinggi. Antaranya, laser gentian doped thulium berterusan berkuasa tinggi mempunyai aplikasi penting dalam banyak bidang seperti penjagaan perubatan, keselamatan ketenteraan, komunikasi angkasa lepas, pengesanan pencemaran udara dan pemprosesan bahan. Dalam hampir 20 tahun yang lalu, laser gentian doped thulium berterusan berkuasa tinggi telah berkembang pesat, dan kuasa keluaran maksimum semasa telah mencapai tahap kilowatt. Seterusnya, mari kita lihat laluan peningkatan kuasa dan trend pembangunan laser gentian dop thulium daripada aspek pengayun dan sistem penguatan.

Sumber pam laser gentian berdop thulium awal biasanya menggunakan laser YAG 1064 nm berkuasa rendah atau laser pewarna 790 nm. Disebabkan oleh kuasa rendah sumber pam dan had proses penyediaan gentian terdop ke belakang pada masa itu, kuasa keluaran laser gentian terdop thulium hanya berada pada tahap watt. Dengan pengenalan teknologi pam pelapisan dua kali dan peningkatan kematangan teknologi laser semikonduktor berkuasa tinggi, kuasa keluaran laser gentian dop thulium juga sentiasa meningkat.

Pada tahun 1998, Jackson et al. dari Universiti Manchester di UK menggunakan laser semikonduktor 790 nm sebagai sumber pam dan menggunakan teknologi pengepaman pelapisan untuk membina laser gentian terdop thulium yang boleh ditala secara berterusan dengan kuasa keluaran maksimum 5.4 W. Pada tahun 2007, thulium- laser gentian germanat doped telah dibangunkan. Peranti eksperimen ditunjukkan dalam Rajah 1. Di bawah mod pam satu hujung, output laser berterusan sebanyak 64 W diperoleh pada 1900 nm. Untuk mendapatkan kuasa keluaran yang lebih tinggi, para penyelidik menggunakan pam dua hujung dan menggunakan gentian gain panjang 40 cm, dan akhirnya memperoleh output laser berterusan 1900 nm sebanyak 104 W.

Pada tahun 2009, Institut Teknologi Harbin telah membangunkan laser gentian doped thulium dengan struktur rongga linear semua gentian. Ia terdiri daripada parut Bragg gentian reflektif dan pantulan Fresnel yang dibentuk oleh muka hujung gentian doped thulium untuk membentuk rongga resonan. Ia dipam oleh 793 nm LD. Akhirnya, kuasa keluaran sebanyak 39.4 W diperolehi. Di samping itu, mereka juga membandingkan kuasa keluaran dan ciri spektrum yang diperoleh apabila cermin FBG dan dichroic digunakan sebagai pengganding pantulan tinggi masing-masing, dan mendapati kecekapan cerun struktur semua gentian adalah lebih rendah dan kuasa ambang lebih tinggi. Berbanding dengan struktur spatial, struktur semua gentian pada mulanya dihadkan oleh prestasi peranti gentian optik dan kualiti penyambungan, dan kelebihannya tidak jelas. Dengan peningkatan berterusan teknologi penyediaan peranti gentian optik dan tahap penyambungan, struktur semua gentian secara beransur-ansur menunjukkan kelebihan yang besar.

Pada tahun yang sama, laser gentian dop thulium berkuasa tinggi berdasarkan struktur spatial menggunakan LD 793 nm untuk mengepam gentian dop thulium dengan diameter teras 25 μm dan apertur berangka (NA) 0.08, dan mencapai output laser mod tunggal 300 W. Kemudian, dengan struktur yang serupa, gentian medan mod besar dengan diameter teras 40 μm dan apertur berangka 0.2 digunakan untuk mendapatkan output laser berbilang mod 2040 nm 885 W, iaitu kuasa keluaran maksimum yang diperolehi oleh pengayun gentian terdop thulium tunggal.

Pada 2014, Universiti Tsinghua melaporkan laser gentian dop thulium berkuasa tinggi dengan struktur rongga linear semua gentian, yang terdiri daripada parut Bragg gentian dan gentian keuntungan sepanjang 3 m. Tujuh 790 nm LD dengan kuasa keluaran maksimum 70 W digunakan sebagai sumber pam. Akhirnya, kuasa keluaran sebanyak 227 W diperolehi. Pada tahun yang sama, Universiti Teknologi Pertahanan Nasional menggunakan dua laser gentian Raman (RFL) berkuasa tinggi 1173 nm sebagai sumber pam untuk membina laser gentian berdop thulium lebar talian sempit berkecekapan tinggi dengan struktur rongga lurus semua gentian, dan akhirnya mencapai output 96 W. kuasa. Ini adalah laser gentian doped thulium pertama yang dilaporkan dengan panjang gelombang pam berhampiran 1200 nm dan kuasa keluaran dalam susunan ratusan watt. Ia juga menyediakan penyelesaian pengepaman yang sangat menjanjikan untuk meningkatkan kuasa keluaran laser gentian doped thulium.

Pada tahun 2015, Universiti Sains dan Teknologi Huazhong menggunakan gentian silika dwipakaian berdop thulium buatan sendiri untuk membina laser gentian berdop thulium dengan struktur rongga linear semua gentian. Ia menggunakan tiga LD 793 nm berkuasa tinggi untuk mengepam dan memperoleh kuasa keluaran 121 W. Ini adalah kali pertama menggunakan gentian optik doped thulium domestik untuk mendapatkan kuasa keluaran ratusan watt pada panjang gelombang 1915 nm. Di samping itu, eksperimen mendapati bahawa meningkatkan diameter pelapisan dalaman gentian keuntungan boleh mencapai pelesapan haba yang lebih baik, yang juga memberikan idea untuk pengurusan haba dan peningkatan kuasa laser gentian doped thulium.