Những thách thức mà laser sợi quang pha tạp chất thulium liên tục công suất cao phải đối mặt

Những thách thức mà laser sợi quang pha tạp chất thulium liên tục công suất cao phải đối mặt. Trong hai thập kỷ qua, công suất đầu ra của laser sợi quang pha tạp chất thulium liên tục đã tăng lên đáng kể. Công suất đầu ra của một bộ dao động sợi đơn đã vượt quá 500 W; cấu trúc MOPA toàn sợi đã đạt được công suất đầu ra là kilowatt. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều vấn đề hạn chế những cải thiện hơn nữa về quyền lực.

Trước hết, khi công suất tăng, hệ thống sẽ tạo ra một lượng nhiệt lớn, điều này sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến việc tăng công suất đầu ra và độ ổn định của tia laser, thậm chí có thể gây hư hỏng cho tia laser. Vì vậy, tản nhiệt hiệu quả là rất quan trọng. Bằng cách sử dụng cấu trúc khuếch đại nhiều giai đoạn, sự phân bổ nhiệt của hệ thống có thể được phân tán một cách hiệu quả và giảm áp lực quản lý nhiệt. Sử dụng nguồn bơm có bước sóng gần với bước sóng của tia laser có thể làm giảm tổn thất lượng tử và giảm sản sinh nhiệt. Ngoài ra, một số sợi quang mới có đặc tính tản nhiệt tốt, chẳng hạn như sợi quang bọc kim loại, cũng mang lại những ý tưởng mới về quản lý nhiệt.

Thứ hai, công suất đầu ra của laser càng cao thì hiệu ứng phi tuyến trong sợi quang sẽ càng rõ ràng đối với việc tăng công suất. Một số sợi tinh thể quang tử trường chế độ lớn mới có ngưỡng phi tuyến cao hơn, có thể làm giảm hiệu quả tác động của các hiệu ứng phi tuyến.

Ngoài ảnh hưởng của nhiệt độ và hiệu ứng phi tuyến, hiệu suất của các thiết bị sợi quang 2 μm cũng hạn chế việc cải thiện công suất đầu ra ở một mức độ nhất định. Khi nguồn điện vượt quá công suất tối đa của thiết bị cáp quang, thiết bị sẽ bị hỏng, nguồn điện cao khiến nhiệt độ tăng cao ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của thiết bị cáp quang.

Do đó, việc phát triển các thiết bị sợi quang có độ ổn định cao, khả năng chịu đựng công suất cao là một cách quan trọng để tăng hơn nữa công suất đầu ra của laser sợi quang pha tạp thulium. Ngoài ra, hiệu suất hấp thụ ánh sáng của bơm bằng sợi khuếch đại và độ sáng của nguồn bơm cũng là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến việc tăng công suất.

Nói chung, việc cải thiện công suất đầu ra của laser sợi quang pha tạp chất thulium có thể bắt đầu từ khía cạnh đạt được khả năng kiểm soát nhiệt độ hiệu quả, phát triển sợi pha tạp chất thulium hiệu suất cao, khắc phục các hiệu ứng phi tuyến, cải thiện hiệu suất thiết bị sợi, tối ưu hóa cấu trúc hệ thống và cải thiện nguồn bơm độ sáng.