Недавно исследовательская группа из Департамента космических и астронавтических лазерных технологий и систем, Шанхайского института оптики и точного машиностроения (SIPM), Китайской академии наук (CAS) и Центра лазерных инноваций Ван Чжицзяна (WZLIC) добилась прогресса в прогнозировании качества пучка для мощных волоконных лазеров, легированных тулием, и улучшении качества сварки методом сплавления. Соответствующие результаты исследований обобщены как «Прогнозирование качества пучка для волоконной системы, легированной Tm, на основе метода конечно-разностного распространения пучка» и «Влияние волоконного лазера на пьедестале». «Влияние сращивания волокон на пьедестале на производительность волоконного лазера на тму» были опубликованы в Physica Scripta и IEEE Photonics Journal соответственно.
Мощные волоконные лазеры с тулиевым легированием (TDFL) с длинами волн в диапазоне 1900~2100 нм имеют широкие перспективы применения в областях биомедицины, обработки пластмасс, LIDAR, диагностики абсорбционной спектроскопии и источников лазерной накачки в среднем инфракрасном диапазоне. При высокой мощности термическое осаждение из-за квантовых потерь вызывает более серьезные термически индуцированные изменения показателя преломления внутри активного волокна, тем самым влияя на качество выходного луча. Как сбалансировать многочисленные параметры конструкции мощных волоконных лазеров с тулиевым легированием, предсказать и улучшить выходные характеристики лазера и достичь высокого качества луча, является актуальной проблемой.
В данной работе для активных волокон со сложными показателями преломления и различными радиусами изгиба исследователи смоделировали транспортировку луча внутри лазера с заданными параметрами методом конечно-разностной транспортировки луча (FD-BPM) и дали качество выходного луча лазера на основе прогнозирования профиля конечного выходного пятна. Сравнение результатов численного расчета качества луча для различных мощностей лазера с типичными результатами экспериментального исследования показывает, что отклонение прогнозируемых результатов от экспериментальных составляет менее 10%, тем самым подтверждая точность установленной модели прогнозирования качества луча.
Между тем, посредством численного моделирования и экспериментального исследования исследователи глубоко проанализировали влияние качества сварки легированного тулием волокна на выходную производительность лазера и реализовали высокопроизводительный и стабильный выход 1940 нм легированного тулием волоконного лазера с мощностью 202 Вт посредством моделирования параметра сварки и оптимизации процесса сварки: эффективность оптического преобразования в оптический была увеличена с 39,6% до 48,4%, а качество луча было увеличено с M2x=10.55, M2y=11.89 до M2x=2.17, M2y=2.26. Это исследование дает теоретические рекомендации по проектированию высокомощных TDFL с высоким качеством луча.
