NUDT به خروجی لیزر با کیفیت 20 کیلووات بر اساس فیبر دوپ شده با ایتربیوم مخروطی می‌رسد.

سرکوب اثر غیرخطی و کنترل حالت، چالش‌های فنی فعلی برای افزایش توان لیزر فیبر دوپ شده با ایتربیوم با توان بالا (YDFL) هستند. افزایش قطر هسته YDF برای بهبود آستانه SRS مفید است، اما منجر به کنترل حالت درجه بالاتر دشوارتر و دشواری در دستیابی به کیفیت پرتو بالا می شود. در مقایسه با الیاف دو روکش یکنواخت، الیاف مخروطی دارای مزایای خاصی در متعادل کردن سرکوب SRS و کنترل حالت هستند. بخش با قطر هسته کوچک فیبر مخروطی می تواند تعداد حالت های هدایت کننده هسته را برای دستیابی به کنترل حالت موثر کاهش دهد، در حالی که قسمت با قطر بزرگ هسته برای کاهش چگالی توان هسته برای بهبود آستانه SRS مفید است. 2022، دانشگاه ملی دفاع فناوری (NUDT) مبتنی بر فیبر یکنواخت دوپوش دوپ شده با ایتربیوم، به خروجی لیزر 20 کیلووات با ضریب کیفیت پرتو M2 برابر 3.3.2023 دست یافته است و به منظور بهبود بیشتر کیفیت پرتو، این تیم تحقیقات تئوری و مطالعات عملی لیزر TYDF، تحقیقات تئوری و تجربی لیزر فیبر دوپ شده با ایتربیوم TAPered (TYDF).
پیشرفت تحقیق
همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، لیزر برای بهبود آستانه SRS، ساختار تقویت کننده توان نوسانگر اصلی پمپ شده به عقب (MOPA) را اتخاذ می کند. TYDF به طور متوالی از طریق آداپتور میدان حالت (MFA)، توری کج شده (CTFBG) و فیلتر نوری روکش (CPS 1). نور پمپ 1018 نانومتری از طریق بازوی پمپاژ عقب (6 + 1) × 1 پرتو ترکیبی (PSC) به انتهای بزرگ TYDF تزریق می‌شود. به انتهای بزرگ TYDF تزریق می شود. نور سیگنال تقویت شده از طریق فیلتر نوری روکشی (CPS 2) و کلاهک انتهایی فیبر (QBH) خروجی می شود. پیگتیل CPS 1 یک فیبر انتقال انرژی دولایه 30/250 میکرومتر است. پیگتیل های PSC، CPS 2 و QBH همه فیبرهای انتقال انرژی با پوشش دوگانه 48/400 میکرومتر هستند. TYDF به طور مستقل توسط دانشگاه ملی فناوری دفاع (NUDT) طراحی و توسعه یافته است. دانشگاه ملی فناوری دفاعی طراحی مستقل و توسعه TYDF با قطر هسته کوچک منطقه هسته / قطر روکش داخلی 30/250 میکرومتر، منطقه قطر بزرگ هسته هسته / قطر روکش داخلی 48/400 میکرومتر، دیافراگم عددی هسته 0.066، ضریب جذب روکش فلزی حدود 0.36 دسی بل در متر @ 1018 نانومتر، فیبر نوری TYDF در ناحیه قطر هسته کوچک، منطقه مخروطی، طول ناحیه قطر هسته از قطر هسته بزرگ 15 متر، 30 متر، 15 متر . طول فیبر TYDF ناحیه قطر هسته کوچک، منطقه مخروطی، منطقه قطر هسته بزرگ، به ترتیب، TYDF بر روی صفحه فیبر آب خنک شده توسط سیم پیچ مارپیچی ثابت می شود و حداقل قطر سیم پیچ بیش از 25 سانتی متر است.

شکل 1 20 نمودار شماتیک ساختار لیزر فیبر کیلووات
تغییر توان خروجی لیزر در شکل 2(a) نشان داده شده است. 200 وات توان خروجی لیزر دانه 1080 نانومتری پس از تقویت کننده 160 وات است. هنگامی که بالاترین توان پمپ تزریق شده به TYDF 24.8 کیلو وات باشد، توان لیزر خروجی 20.2 کیلو وات است که مربوط به بازده شیب کلی 80.8٪ است. طیف در بالاترین توان خروجی در شکل 2 (b) نشان داده شده است، که در آن نسبت سرکوب SRS 33 دسی بل است و هیچ جزء نور رامان آشکاری وجود ندارد. ضریب M2 کیفیت پرتو در توان های مختلف (اندازه گیری شده با Primes LQM 200 با فاصله کانونی کولیماتور 120 میلی متر) در شکل 2 (c) نشان داده شده است. ضریب M2 2.18 در 13.5 کیلووات در مقایسه با نتایج اندازه‌گیری‌های Team 2022 بر اساس فیبر همگن 48/400 میکرومتر در همان توان (M{24}}.8) پیشرفت قابل‌توجهی است.
به دلیل کوچک بودن نقطه لیزر (قطر لکه برخورد LQM 200 باید کمتر از 15 میلی متر باشد)، با افزایش توان خروجی، اثر حرارتی لنز کولیماتور تشدید می شود و در نتیجه انحراف فاز خارج از فوکوس و انحراف نقطه ای آشکار می شود. بنابراین اندازه گیری دقیق M2 در توان خروجی 20 کیلووات فعلا امکان پذیر نیست. ضریب کیفیت پرتو نیز در آزمایش با استفاده از ابزار اندازه‌گیری کیفیت پرتو (GYM-100) که توسط مؤسسه علوم فیزیکی Hefei، آکادمی علوم چین، مطابق با روش "GJB 7367-2011 ساخته شده است، آزمایش شد. برای اندازه گیری ضریب کیفیت پرتوهای لیزر پرانرژی». با توجه به استفاده از یک کولیماتور نقطه ای بزرگ با فاصله کانونی طولانی (190 میلی متر)، تأثیر اثر حرارتی کولیماتور بر نتایج اندازه گیری تا حد معینی کاهش یافت. ضریب در 13.5 کیلو وات 1.92 بود و نتایج آزمایش در 20 کیلو وات در شکل 2 (d) نشان داده شده است. حداقل مقدار عامل 1.93، حداکثر مقدار 2.05 و مقدار متوسط ​​1.99 در 150 ثانیه بود. ضریب 1.99 در 13.5 کیلو وات و مقدار متوسط ​​1.99 در 20 کیلو وات بود.

شکل 2 توان خروجی لیزر و نتایج آزمایش
چشم انداز آینده
از آنجایی که هیچ روش تبدیل دقیقی بین ضریب - و ضریب M وجود ندارد، مقدار واقعی ضریب M2- در 20 کیلووات فعلاً نمی‌تواند از نتایج آزمایش فاکتور - استخراج شود. با این حال، با مقایسه لیزر 20 کیلوواتی که توسط این تیم در سال 2022 بر اساس YDF یکنواخت 48/400 میکرومتر ساخته شد (متوسط ​​مقدار ضریب 2.94 بر اساس سیستم آزمایش مشابه)، کیفیت پرتو به طور قابل توجهی بهبود یافته است. نتایج تجربی امکان سنجی فیبر مخروطی را برای بهبود کیفیت پرتو تأیید می کند. در ادامه کار، تیم به بهینه سازی پارامترهای ساختاری دستگاه TYDF و فیبر برای دستیابی به بهبود بیشتر در قدرت و کیفیت پرتو ادامه خواهد داد.