Πρόσφατα, μια ερευνητική ομάδα από το Τμήμα Διαστημικής και Αστροναυτικής Τεχνολογίας και Συστημάτων Λέιζερ, το Ινστιτούτο Οπτικής και Μηχανημάτων Ακριβείας της Σαγκάης (SIPM), την Κινεζική Ακαδημία Επιστημών (CAS) και το Κέντρο Καινοτομίας Λέιζερ Wang Zhijiang (WZLIC), σημείωσε πρόοδο στην Πρόβλεψη ποιότητας δέσμης για λέιζερ ινών υψηλής ισχύος με πρόσμειξη θούλιου και βελτίωση της ποιότητας συγκόλλησης σύντηξης. Τα σχετικά ερευνητικά αποτελέσματα συνοψίζονται ως "Πρόβλεψη ποιότητας δέσμης για σύστημα ινών με πρόσμειξη Tm με βάση τη μέθοδο διάδοσης δέσμης πεπερασμένων διαφορών" και "Επίδραση λέιζερ ινών βάθρου". Το "Influence of pedestal fiber splice on Tm-doped fiber laser performance" δημοσιεύτηκαν στο Physica Scripta και στο IEEE Photonics Journal, αντίστοιχα.
Τα υψηλής ισχύος λέιζερ ινών με πρόσμειξη θούλιο (TDFL) με μήκη κύματος στην περιοχή 1900~2100 nm έχουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής στους τομείς της βιοϊατρικής, της επεξεργασίας πλαστικών, του LIDAR, της διάγνωσης με φασματοσκοπία απορρόφησης και της πηγής άντλησης λέιζερ μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας. Σε υψηλή ισχύ, η θερμική εναπόθεση λόγω κβαντικής απώλειας προκαλεί πιο σοβαρές θερμικά επαγόμενες αλλαγές στον δείκτη διάθλασης μέσα στην ενεργή ίνα, επηρεάζοντας έτσι την ποιότητα της δέσμης εξόδου. Το πώς να εξισορροπήσετε τις πολλές παραμέτρους σχεδιασμού των λέιζερ ινών υψηλής ισχύος με πρόσμειξη θούλιο, να προβλέψετε και να βελτιώσετε την απόδοση εξόδου λέιζερ και να επιτύχετε ποιότητα υψηλής δέσμης είναι ένα επείγον πρόβλημα.
Σε αυτή την εργασία, για ενεργές ίνες με σύνθετους δείκτες διάθλασης και διαφορετικές ακτίνες κάμψης, οι ερευνητές προσομοίωσαν τη μεταφορά δέσμης μέσα σε ένα λέιζερ με δεδομένες παραμέτρους με τη μέθοδο μεταφοράς δέσμης πεπερασμένων διαφορών (FD-BPM) και έδωσαν την ποιότητα της δέσμης εξόδου του λέιζερ με βάση την πρόβλεψη του προφίλ του τελικού σημείου εξόδου. Η σύγκριση των αριθμητικών αποτελεσμάτων υπολογισμού της ποιότητας δέσμης για διαφορετικές ισχύς λέιζερ με τυπικά αποτελέσματα πειραματικής μελέτης αποκαλύπτει ότι η απόκλιση των προβλεπόμενων αποτελεσμάτων από τα πειραματικά αποτελέσματα είναι μικρότερη από 10%, επαληθεύοντας έτσι την ακρίβεια του καθιερωμένου μοντέλου πρόβλεψης ποιότητας δέσμης.
Εν τω μεταξύ, μέσω αριθμητικής προσομοίωσης και πειραματικής εξερεύνησης, οι ερευνητές ανέλυσαν σε βάθος την επίδραση της ποιότητας ματίσματος σύντηξης της ίνας με πρόσμειξη θούλιου με βάση την απόδοση εξόδου του λέιζερ και συνειδητοποίησαν την υψηλή απόδοση και σταθερή έξοδο του 1940 nm του θούλιου- λέιζερ ντοπαρισμένων ινών με ισχύ 202 W μέσω της προσομοίωσης της παραμέτρου σύντηξης και βελτιστοποίησης της διαδικασίας ματίσματος σύντηξης: η απόδοση μετατροπής οπτικού σε οπτικό αυξήθηκε από 39,6% σε 48,4% και η ποιότητα δέσμης αυξήθηκε από M2x =10.55, M2y=11.89 έως M2x=2.17, M2y=2.26. Αυτή η μελέτη παρέχει θεωρητική καθοδήγηση για το σχεδιασμό TDFL υψηλής ισχύος και υψηλής δέσμης υψηλής ποιότητας.
