Τα τελευταία χρόνια, τα λέιζερ ινών με πρόσμειξη θούλιου προσελκύουν όλο και περισσότερη προσοχή λόγω των πλεονεκτημάτων τους όπως η συμπαγής δομή, η καλή ποιότητα δέσμης και η υψηλή κβαντική απόδοση. Μεταξύ αυτών, τα υψηλής ισχύος συνεχή λέιζερ ινών ντοπαρισμένων με θούλιο έχουν σημαντικές εφαρμογές σε πολλούς τομείς όπως η ιατρική περίθαλψη, η στρατιωτική ασφάλεια, οι διαστημικές επικοινωνίες, η ανίχνευση ατμοσφαιρικής ρύπανσης και η επεξεργασία υλικών. Τα τελευταία σχεδόν 20 χρόνια, τα λέιζερ συνεχών ινών με πρόσμειξη θούλιου υψηλής ισχύος αναπτύχθηκαν γρήγορα και η τρέχουσα μέγιστη ισχύς εξόδου έχει φτάσει τα κιλοβάτ. Στη συνέχεια, ας ρίξουμε μια ματιά στην πορεία βελτίωσης ισχύος και τις τάσεις ανάπτυξης των λέιζερ ινών με πρόσμειξη θούλιου από τις πτυχές των ταλαντωτών και των συστημάτων ενίσχυσης.
Η πηγή αντλίας των πρώιμων λέιζερ ινών με πρόσμειξη θούλιου χρησιμοποιούσε γενικά λέιζερ χαμηλής ισχύος 1064 nm YAG ή λέιζερ βαφής 790 nm. Λόγω της χαμηλής ισχύος της πηγής της αντλίας και των περιορισμών της διαδικασίας προετοιμασίας ινών με πρόσμειξη προς τα πίσω εκείνη τη στιγμή, η ισχύς εξόδου των λέιζερ ινών με πρόσμειξη θούλιου ήταν μόνο στο επίπεδο watt. Με την εισαγωγή της τεχνολογίας αντλιών διπλής επένδυσης και την αυξανόμενη ωριμότητα της τεχνολογίας λέιζερ ημιαγωγών υψηλής ισχύος, η ισχύς εξόδου των λέιζερ ινών ινών με θούλιο αυξάνεται επίσης συνεχώς.
Το 1998, οι Jackson et al. από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ στο Ηνωμένο Βασίλειο χρησιμοποίησε ένα λέιζερ ημιαγωγών 790 nm ως πηγή αντλίας και χρησιμοποίησε τεχνολογία άντλησης επένδυσης για να κατασκευάσει ένα χωρικά δομημένο συνεχώς συντονιζόμενο λέιζερ ινών θούλιου με μέγιστη ισχύ εξόδου 5,4 W. Το 2007, ένα θούλιο Αναπτύχθηκε ντοπαρισμένο λέιζερ γερμανικών ινών. Η πειραματική συσκευή φαίνεται στο Σχήμα 1. Υπό τη λειτουργία άντλησης ενός άκρου, λήφθηκε μια συνεχής έξοδος λέιζερ 64 W στα 1900 nm. Προκειμένου να αποκτήσουν υψηλότερη ισχύ εξόδου, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν άντληση διπλού άκρου και χρησιμοποίησαν μια ίνα απολαβής μήκους 40 cm και τελικά έλαβαν συνεχή έξοδο λέιζερ 1900 nm 104 W.
Το 2009, το Τεχνολογικό Ινστιτούτο Harbin ανέπτυξε ένα λέιζερ ινών με πρόσμειξη θούλιου με δομή γραμμικής κοιλότητας εξ ολοκλήρου από ίνες. Αποτελείται από ένα αντανακλαστικό πλέγμα Bragg και την ανάκλαση Fresnel που σχηματίζεται από την ακραία όψη ίνας με πρόσμειξη θούλιο για να σχηματίσει μια κοιλότητα συντονισμού. Αντλείται από 793 nm LD. Τέλος, λήφθηκε ισχύς εξόδου 39,4 W. Επιπλέον, συνέκριναν επίσης την ισχύ εξόδου και τα φασματικά χαρακτηριστικά που αποκτήθηκαν όταν τα FBG και τα διχρωμικά κάτοπτρα χρησιμοποιήθηκαν ως ζεύκτες υψηλής ανάκλασης αντίστοιχα, και βρήκαν ότι η απόδοση κλίσης της δομής όλων των ινών ήταν χαμηλότερη και η ισχύς κατωφλίου ήταν υψηλότερη. Σε σύγκριση με τη χωρική δομή, η δομή όλων των ινών αρχικά περιοριζόταν από την απόδοση της συσκευής οπτικών ινών και την ποιότητα του ματίσματος και τα πλεονεκτήματά της δεν ήταν προφανή. Με τη συνεχή βελτίωση της τεχνολογίας προετοιμασίας συσκευών οπτικών ινών και του επιπέδου συναρμογής, οι δομές όλων των ινών έχουν σταδιακά δείξει τεράστια πλεονεκτήματα.
Την ίδια χρονιά, ένα λέιζερ ινών υψηλής ισχύος με πρόσμειξη θούλιου βασισμένο σε χωρική δομή χρησιμοποίησε LD 793 nm για να αντλήσει μια ίνα με πρόσμειξη θούλιου με διάμετρο πυρήνα 25 μm και αριθμητικό διάφραγμα (NA) 0,08, και πέτυχε μια έξοδο λέιζερ απλής λειτουργίας 300 W. Αργότερα, με παρόμοια δομή, χρησιμοποιήθηκε μια ίνα πεδίου μεγάλης λειτουργίας με διάμετρο πυρήνα 40 μm και αριθμητικό διάφραγμα 0,2 για να ληφθεί μια έξοδος λέιζερ πολλαπλών λειτουργιών 2040 nm 885 W, που είναι η μέγιστη ισχύς εξόδου που λαμβάνεται από έναν μόνο ταλαντωτή ινών με πρόσμειξη θούλιο.
Το 2014, το Πανεπιστήμιο Tsinghua ανέφερε ένα λέιζερ ινών υψηλής ισχύος με πρόσμειξη θούλιου με δομή γραμμικής κοιλότητας εξ ολοκλήρου από ίνες, που αποτελείται από ένα πλέγμα ινών Bragg και μια ίνα απολαβής μήκους 3 μέτρων. Ως πηγές αντλίας χρησιμοποιήθηκαν επτά LD 790 nm με μέγιστη ισχύ εξόδου 70 W. Τέλος, λήφθηκε ισχύς εξόδου 227 W. Την ίδια χρονιά, το Εθνικό Πανεπιστήμιο Αμυντικής Τεχνολογίας χρησιμοποίησε δύο λέιζερ ινών Raman υψηλής ισχύος 1173 nm (RFL) ως πηγές αντλίας για την κατασκευή ενός λέιζερ υψηλής απόδοσης στενού πλάτους γραμμής με πρόσμειξη με θούλιο με δομή ευθύγραμμης κοιλότητας με όλες τις ίνες και τελικά πέτυχε ισχύ 96 W.. Αυτό ήταν το πρώτο αναφερόμενο λέιζερ ινών ντοπαρισμένων με θούλιο με μήκος κύματος αντλίας κοντά στα 1200 nm και ισχύ εξόδου της τάξης των εκατοντάδων watt. Παρείχε επίσης μια πολλά υποσχόμενη λύση άντλησης για την αύξηση της ισχύος εξόδου των λέιζερ ινών ντοπαρισμένων με θούλιο.
Το 2015, το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας Huazhong χρησιμοποίησε αυτο-κατασκευασμένη ίνα πυριτίου διπλής επένδυσης με πρόσμειξη θούλιου για να κατασκευάσει ένα λέιζερ ινών με πρόσμειξη θούλιου με δομή γραμμικής κοιλότητας εξ ολοκλήρου από ίνες. Χρησιμοποίησε τρεις LD υψηλής ισχύος 793 nm για άντληση και έλαβε ισχύ εξόδου 121 W. Αυτή είναι η πρώτη φορά που χρησιμοποιείται οικιακή οπτική ίνα με πρόσμειξη θούλιου για να αποκτήσει ισχύ εξόδου εκατοντάδων watt σε μήκος κύματος 1915 nm. Επιπλέον, τα πειράματα διαπίστωσαν ότι η αύξηση της διαμέτρου της εσωτερικής επένδυσης της ίνας απολαβής μπορεί να επιτύχει καλύτερη διάχυση θερμότητας, η οποία παρέχει επίσης ιδέες για τη θερμική διαχείριση και τη βελτίωση ισχύος των λέιζερ ινών ντοπαρισμένων με θούλιο.
Πνευματικά δικαιώματα @ 2020 Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd. - Κίνα Μονάδες οπτικών ινών, Κατασκευαστές λέιζερ συζευγμένων ινών, προμηθευτές εξαρτημάτων λέιζερ Με την επιφύλαξη παντός δικαιώματος.
