Koherentní a spektrální kombinování svazků pole thuliem dopovaných vláknových laserů a zesilovačů

Poskytovatel: Grantová agentura ČR

Řešitel: Dr. Ing. Pavel Honzátko

Od: 2011-01-01

Do: 2013-12-31

Cílem projektu byl výzkum koherentího a spektrálního kombinování svazků za účelem dosažení vysoké radiance z thuliem dopovaných vláknových laserů. U prvních thuliem dopovaných vláknových laserů byla životnost při vysokých výkonech limitována fototmavnutím vláken. Fototmavnutí je přítomné jen při čerpání na dlouhých vlnových délkách a v moderních thuliem dopovaných vláknových laserech čerpaných na 793nm nebývá pozorováno.

V thuliem dopovaných vláknových laserech je hlavní překážkou k dosažení vysokých výkonů tepelná zátěž způsobená vysokým kvantovým schodkem. Problémy s tepelným namáháním vláken lze nicméně vyřešit koherentním nebo spektrálním kombinováním svazků, které umožňuje zvýšit radianci thuliem dopovaných vláknových laserových systémů nad rámec možností jednotlivého laseru.

Náš tým jako první dosáhl koherentního kombinování záření dvojice thuliem dopovaných vláknových laserů v oblasti středních výkonů. Postavilli jsme dva jednoduché lasery, z nichž každý generoval více než 10W na vlnové délce 2000nm při strmosti více než 0.5 (obr. 1)

obr. 1: Jednotlivé lasery

Poté jsme sestavili Foxův-Smithův rezonátor pomocí polarizaci zachovávajícího vazebního členu. Dochází-li k nekoherentnímu kombinování svazků, je výkon na obou výstupech rovnoměrně rozdělený (obr. 2).

obr. 2: Nekoherentní kombinování                                            obr. 3: Koherentní kombinování

V našem uspořádání jsme zakončili jalový výstup šikmo broušeným konektorem, který potlačil zpětný odraz. Složený rezonátor je tak tvořen jediným výstupním zrcadlem. Za ním jsme díky konstruktivní interferenci naměřili výkon až 20W, zatímco na jalovém výstupu, na němž docházelo k destruktivní interferenci byl výkon do 3% z této hodnoty.

Věříme, že koherentní a spektrální kombinování laserových svazků je životaschopná cesta k dosažení vysoké radiance z vláknových laserů.

1. P. Honzatko, Y. Baravets, F. Todorov, P. Peterka, and M. Becker, “Coherently combined power of 20 W at 2000 nm from a pair of thulium-doped fiber lasers,” Laser Phys. Lett. 10 (2013) 095104, doi:10.1088/1612-2011/10/9/095104.