通过光谱束组合克服掺 Tm 光纤바카라 카드카운팅中的输出功率障碍

Fraunhofer 바카라 카드카운팅和精密工程研究所 （IOF） 站在光子学、精确力学和바카라 카드카운팅技术领域前沿研究和创新的前沿。Fraunhofer IOF 位于德国耶纳，这是一个历史悠久的바카라 카드카운팅科学中心，专门为工业、科学和社会挑战开发先进的解决方案。该研究所专注于跨学科合作，擅长创建定制바카라 카드카운팅系统、바카라 카드카운팅技术和测量解决方案，为效率、精确和可扩展性树立标杆。作为著名的弗劳恩霍夫协会的一部分，IOF 弥合了学术研究和工业应用之间的差距，推动了技术进步并促进了全球经济增长。

该研究所激光和光纤技术部门的科学家 Friedrich Möller 专注于大功率바카라 카드카운팅系统的扩展。他和他的同事开发了基于铥 （Tm） 掺杂바카라 카드카운팅的바카라 카드카운팅，这些光纤通常能够发射 1850-2100 nm 光谱范围内的光，为从医疗程序到聚合物加工再到自由空间通信等各种应用提供了显著优势。

挑战

掺杂 Tm 的光纤바카라 카드카운팅在各种应用中具有显著优势， 但扩展这些바카라 카드카운팅的平均输出功率仍然是一项持续的挑战。

掺杂 Tm 的光纤바카라 카드카운팅通常在 790 nm 的波长下泵浦，在操作过程中产生大量热负载。这种热量会损害光纤的引导特性，从而导致横向模式不稳定 （TMI） 和潜在的光纤损坏。近十年来，这些问题将近衍射限制的掺杂 Tm 光纤바카라 카드카운팅的输出功率限制在 1 kW 左右。在保持光束质量和操作效率的同时突破这种功率天花板，这对推进技术提出了关键挑战。

解决方案

解决功率扩展限制需要创新的策略来管理热和新型高性能组合바카라 카드카운팅元件器件，所有这些都旨在保持出色的光束质量。该解决方案涉及开发双光栅光谱束组合 （SBC） 系统，该系统能够集成多个高性能掺杂 Tm 的光纤放大器的输出。

该方法以三个定制设计的千瓦级 Tm 掺杂光纤放大器为中心，每个放大器在特定波长下工作，针对高大气传输进行了优化。这些放大器采用了 바카라 카드카운팅 NuTDF LMA-TDF-25P/400-M 光纤，专为高效操作而设计。

光束组合的双光栅配置最大限度地降低了바카라 카드카운팅带宽要求，以确保几乎衍射限制的光束质量。SBC 系统的核心是德国耶纳市弗劳恩霍夫바카라 카드카운팅与精密工程研究所 （IOF） 开发的新反射光栅。这些专为随机输入偏振设计的光栅实现了超过 94% 衍射效率，可实现精确的光谱束组合，整体组合效率为 90%。

成果

这种先进的 SBC 系统的实施取得了突破性成果：

• 创纪录的바카라 카드카운팅：总바카라 카드카운팅达到 1.91 kW，是掺杂 Tm 的光纤바카라 카드카운팅性能的一个重要里程碑。

• 高光束质量和效率：每个放大器的单模无 TMI 输出功率超过 700 W，放大效率约为 60%，光谱线宽低于 115 pm。

• 可扩展性：双光栅系统展现出超过 20 kW 平均输出功率的可扩展性潜力。热性能指标表明，바카라 카드카운팅光栅的热斜率低至 6.8 K/kW，强调了它适用于要求苛刻的高功率应用。

这一成就为 Tm 掺杂光纤激光技术进一步进步开辟了一条清晰的道路，为它们在需要高功率和卓越光束质量的下一代医疗、工业和国防系统中的部署提供了机会。

参考：

【1】    T. Ehrenreich、R. Leveille、I. Majid 和 K. Tankala，“1 kW，全玻璃 Tm：光纤바카라 카드카운팅”，在 SPIE Photonics West 上展示：光纤바카라 카드카운팅 VII：技术、系统和应用（2010 年）。

【2】    B. M. Anderson、J. Solomon 和 A. Flores，“1.1 kW，光束组合硫掺杂全光纤放大器”，Proc. SPIE 11665，光纤바카라 카드카운팅 XVIII：技术和系统，116650B（2021 年 3 月 5 日）。

【3】    R. Sims、C. Willis、P. Kadwani、T. McComb、L. Shah、V. Sudesh、Z. Roth、M. Poutous、E. Johnson 和 M. Richardson，“2μm Tm 光纤바카라 카드카운팅系统的光谱束组合”，Optics Communications，284（7），1988-1991 （2011）。

【4】    L. Shah、R. Sims、P. Kadwani、C. Willis、J. B. Bradford、A. Sincore 和 M. Richardson，“线性偏振 Tm：光纤바카라 카드카운팅的高功率光谱束组合”，Appl. 选择 54（4）、757-762（2015 年）。

【5】    F. Möller、T. Lühder、B. Yildiz、T. Walbaum、T. Schreiber，“千瓦级掺铥光纤바카라 카드카운팅的光谱束组合”，Proc. SPIE 12865，光纤바카라 카드카운팅 XXI：技术和系统，128650S（2024 年 3 月 12 日）

【6】    P. Madasamy、D. Jander、C. Brooks、T. Loftus、A. Thomas、P. Jones 和 E. Honea，“高功率光纤바카라 카드카운팅的双光栅光谱束组合”，发表于 IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics， 15（2）， 337-343， （2009）。