Kekuatan laser serat yang didoping Thulium

Dalam beberapa tahun terakhir, laser serat yang didoping thulium semakin menarik perhatian karena keunggulannya seperti struktur kompak, kualitas sinar yang baik, dan efisiensi kuantum yang tinggi. Diantaranya, laser serat doping thulium berkelanjutan berkekuatan tinggi memiliki aplikasi penting di banyak bidang seperti perawatan medis, keamanan militer, komunikasi ruang angkasa, deteksi polusi udara, dan pemrosesan material. Dalam hampir 20 tahun terakhir, laser serat doping thulium kontinu berkekuatan tinggi telah berkembang pesat, dan daya keluaran maksimum saat ini telah mencapai tingkat kilowatt. Selanjutnya, mari kita lihat jalur peningkatan daya dan tren pengembangan laser serat yang didoping thulium dari aspek osilator dan sistem amplifikasi.

Sumber pompa laser serat doping thulium awal umumnya menggunakan laser YAG 1064 nm berdaya rendah atau laser pewarna 790 nm. Karena rendahnya daya sumber pompa dan keterbatasan proses persiapan serat yang didoping mundur pada saat itu, daya keluaran laser serat yang didoping thulium hanya pada tingkat watt. Dengan diperkenalkannya teknologi pompa kelongsong ganda dan semakin matangnya teknologi laser semikonduktor berdaya tinggi, daya keluaran laser serat yang didoping thulium juga terus meningkat.

Pada tahun 1998, Jackson dkk. dari Universitas Manchester di Inggris menggunakan laser semikonduktor 790 nm sebagai sumber pompa dan menggunakan teknologi pemompaan cladding untuk membangun laser serat doping thulium yang dapat dirubah secara spasial dan terstruktur secara spasial dengan daya keluaran maksimum 5,4 W. Pada tahun 2007, thulium- laser serat germanate yang diolah dikembangkan. Perangkat eksperimental ditunjukkan pada Gambar 1. Dalam mode pemompaan ujung tunggal, keluaran laser kontinu sebesar 64 W diperoleh pada 1900 nm. Untuk mendapatkan daya keluaran yang lebih tinggi, para peneliti menggunakan pemompaan ujung ganda dan menggunakan serat penguatan sepanjang 40 cm, dan akhirnya memperoleh keluaran laser kontinu 1900 nm sebesar 104 W.

Pada tahun 2009, Institut Teknologi Harbin mengembangkan laser serat yang didoping thulium dengan struktur rongga linier yang seluruhnya serat. Ini terdiri dari kisi Bragg serat reflektif dan refleksi Fresnel yang dibentuk oleh permukaan ujung serat yang didoping thulium untuk membentuk rongga resonansi. Ini dipompa oleh LD 793 nm. Akhirnya diperoleh daya keluaran sebesar 39,4 W. Selain itu, mereka juga membandingkan daya keluaran dan karakteristik spektral yang diperoleh ketika FBG dan cermin dichroic digunakan sebagai coupler refleksi tinggi, dan menemukan bahwa efisiensi kemiringan struktur semua serat lebih rendah dan daya ambang batas lebih tinggi. Dibandingkan dengan struktur spasial, struktur semua serat pada awalnya dibatasi oleh kinerja perangkat serat optik dan kualitas penyambungan, dan keunggulannya tidak terlihat jelas. Dengan peningkatan berkelanjutan dalam teknologi persiapan perangkat serat optik dan tingkat penyambungan, struktur semua serat secara bertahap menunjukkan keuntungan besar.

Pada tahun yang sama, laser serat doping thulium berkekuatan tinggi berdasarkan struktur spasial menggunakan LD 793 nm untuk memompa serat doping thulium dengan diameter inti 25 μm dan bukaan numerik (NA) 0,08, dan mencapai keluaran laser mode tunggal 300 W. Kemudian, dengan struktur serupa, serat medan mode besar dengan diameter inti 40 m dan bukaan numerik 0,2 digunakan untuk mendapatkan keluaran laser multi-mode 2040 nm sebesar 885 W, yang merupakan daya keluaran maksimum yang diperoleh oleh osilator serat yang didoping thulium.

Pada tahun 2014, Universitas Tsinghua melaporkan laser serat doping thulium berkekuatan tinggi dengan struktur rongga linier semua serat, yang terdiri dari kisi serat Bragg dan serat penguatan sepanjang 3 m. Tujuh LD 790 nm dengan daya keluaran maksimum 70 W digunakan sebagai sumber pompa. Akhirnya diperoleh daya keluaran sebesar 227 W. Pada tahun yang sama, Universitas Teknologi Pertahanan Nasional menggunakan dua laser serat Raman (RFL) berkekuatan tinggi 1173 nm sebagai sumber pompa untuk membangun laser serat doping thulium lebar garis sempit berefisiensi tinggi dengan struktur rongga lurus semua serat, dan akhirnya mencapai output daya 96 W. Ini adalah laser serat doping thulium yang pertama kali dilaporkan dengan panjang gelombang pompa mendekati 1200 nm dan daya keluaran di urutan ratusan watt. Ini juga memberikan solusi pemompaan yang sangat menjanjikan untuk meningkatkan daya keluaran laser serat yang didoping thulium.

Pada tahun 2015, Universitas Sains dan Teknologi Huazhong menggunakan serat silika berlapis ganda yang didoping thulium buatan sendiri untuk membuat laser serat yang didoping thulium dengan struktur rongga linier yang seluruhnya terbuat dari serat. Ini menggunakan tiga LD 793 nm berdaya tinggi untuk memompa dan memperoleh daya keluaran 121 W. Ini adalah pertama kalinya menggunakan serat optik doping thulium dalam negeri untuk memperoleh daya keluaran ratusan watt pada panjang gelombang 1915 nm. Selain itu, percobaan menemukan bahwa meningkatkan diameter kelongsong bagian dalam dari serat penguat dapat mencapai pembuangan panas yang lebih baik, yang juga memberikan ide untuk manajemen termal dan peningkatan daya laser serat yang didoping thulium.