相关文章

高功率单模光纤激光器最新进展分析

来源网址:

导读: 如果说激光技术领域有一个明显的趋势,那就是光纤激光器的兴起。在高功率切割和焊接应用方面,光纤激光器已经从高功率 CO2 激光器和固体激光器手中抢占了大量市场份额。

在上述光纤放大器测试期间,使用光电二极管分析的一小部分功率来确定 TMI 阈值。功率波动的发生相当突然和显著(见图 5)。虽然在使用光纤 1 的测试中,这种信号变化是显著的,但对于光纤 2 的功率水平达到4.3kW 都无法探测到这种情况。相应的斜率如图 5a 所示。

光谱和时间测量可以用常规技术来执行。它们允许探测诸如 SBS 发生(与 TMI 不同的时间特征)或 SRS(光谱特征)等效应。应当注意在高动态范围内进行测量,以观察寄生光谱特征的早期生长,如放大自发发射或SRS。这种高动态光谱如图 5b 所示,并证明 SRS 是不可探测的。

光束质量测量是光纤表征中最困难的部分,值得单独讨论。简言之,不引入热效应的衰减是关键,可以用菲涅耳反射或低损耗透射光学元件来完成。

在这里介绍的实验中,使用楔形平板和脉冲泵浦,在比 TMI 出现的时间长的时间范围上进行衰减。在4.3kW 的输出功率下,测得 x 方向上的 M2 为 1.27,y 方向上的 M2 为 1.21。

超快科学中的应用

在高功率单模功率提升大约十年的停滞之后,现在开发新一代具有优异光束质量的千瓦级光纤似乎是可行的。业界已经展示了 4.3kW 的输出功率,并且输出仅受泵浦功率限制。确定了进一步提升的主要限制,并确定了克服这些限制的方法。

应当注意的是,对所有已知效应的仔细研究和随后的参数优化,带来了光纤设计的进步,并最终带来了输出功率的新记录。进一步提升和光纤适应其他应用看起来似乎是可行的,这将是接下来的目标。

这带来了一些有趣的观点。一方面,项目合作伙伴希望将结果转化为工业产品,但需要进一步的重大开发力量。另一方面,该技术与其他光纤激光系统(例如飞秒光纤放大器)的提升高度相关。

在超快的光纤放大中,单根光纤已经实现了近1 kW的功率,而通过组束技术,提升到 5kW 现在看来是可行的。虽然这些系统正在为诸如 ELI 等研究中心研发,开发可靠的光束传输手段仍然是工业系统的一项主要挑战。

单模光纤激光器和飞秒光纤放大器的提升,都将需要大量额外的研究工作。这一努力将得到 FraunhoferIOF 旁边一幢全新大楼的支持。这个新的光纤技术中心建筑于 2016 年完工,并设有专门的实验室,用于制造和表征有源光纤、无源光纤以及纳米结构光纤。还将安装用于制造特种光纤的单独拉丝塔。(文/Thomas Schreiber,Andreas Tünnermann,Andreas Thoss)