NUDT yn Cyflawni Allbwn Laser o Ansawdd Uchel 20kW yn Seiliedig ar Ffibr â dop Ytterbium Taprog

Atal effaith aflinol a rheoli modd yw'r heriau technegol presennol ar gyfer gwella pŵer laser ffibr pŵer uchel â dop ytterbium (YDFL). Mae cynyddu diamedr craidd YDF yn fuddiol i wella'r trothwy SRS, ond mae'n arwain at reolaeth modd lefel uwch yn fwy anodd ac anhawster i gyflawni ansawdd trawst uchel. O'i gymharu â ffibrau cladin dwbl unffurf, mae gan ffibrau taprog rai manteision wrth gydbwyso ataliad SRS a rheoli modd. Gall y rhan diamedr craidd bach o'r ffibr taprog leihau nifer y dulliau tywys craidd i gyflawni rheolaeth modd effeithiol, tra bod y rhan diamedr craidd mawr yn ffafriol i leihau'r dwysedd pŵer craidd i wella trothwy SRS.2022, y Brifysgol Genedlaethol Amddiffyn Mae technoleg (NUDT) sy'n seiliedig ar y ffibr dop ytterbium-clad dwbl unffurf wedi cyflawni allbwn laser o 20 kW, gyda ffactor ansawdd trawst M2 o 3.3.2023, ac er mwyn gwella ansawdd trawst ymhellach, cynhaliodd y tîm ddamcaniaethol a astudiaethau ymarferol o'r laser TYDF, ymchwil ddamcaniaethol ac arbrofol laser ffibr TAPered Ytterbium-doped (TYDF).
Cynnydd Ymchwil
Er mwyn gwella'r trothwy SRS, mae'r laser yn mabwysiadu strwythur chwyddo pŵer oscillator meistr wedi'i bwmpio'n ôl (MOPA), fel y dangosir yn Ffig. 1. 1{{20}} Mae golau had 80 nm yn cael ei chwistrellu o'r pen bach o'r TYDF yn ddilyniannol trwy'r addasydd maes modd (MFA), gratio gogwyddo (CTFBG), a hidlydd optegol cladin (CPS 1). Mae golau pwmp 1018 nm yn cael ei chwistrellu i ben mawr y TYDF trwy'r fraich bwmpio trawst cyfuno yn ôl (6 + 1) × 1 (PSC). chwistrellu i ben mawr y TYDF. Mae'r golau signal chwyddedig yn cael ei allbwn trwy'r hidlydd cladin optegol (CPS 2) a'r cap diwedd ffibr (QBH). Mae pigtail CPS 1 yn ffibr trosglwyddo ynni cladin dwbl 30/250 μm. QBH i gyd yn 48/400 μm dwbl-clad ynni trosglwyddo fibers.The TYDF wedi'i ddylunio a'i ddatblygu'n annibynnol gan Brifysgol Genedlaethol Technoleg Amddiffyn (NUDT). Prifysgol Genedlaethol Technoleg Amddiffyn dylunio annibynnol a datblygiad y TYDF ei ranbarth diamedr craidd bach o'r craidd / diamedr cladin mewnol o 30/250 μm, rhanbarth diamedr craidd mawr y craidd / diamedr cladin mewnol o 48/400 μm, agorfa rifiadol craidd o 0.066, cyfernod amsugno cladin o tua 0.36 dB / m @ 1018 nm, ffibr optegol TYDF yn y rhanbarth diamedr craidd bach, ardal taprog, hyd rhanbarth diamedr craidd y diamedr craidd mawr o 15 m, 30 m, 15 m . Hyd ffibr TYDF y rhanbarth diamedr craidd bach, ardal taprog, y rhanbarth diamedr craidd mawr, yn y drefn honno, mae TYDF wedi'i osod ar y plât ffibr wedi'i oeri â dŵr trwy dorchi troellog, ac mae'r diamedr torchi lleiaf yn fwy na 25 cm.

Ffigur 1 20 diagram sgematig strwythur laser ffibr kW
Dangosir yr amrywiad pŵer allbwn laser yn Ffig. 2(a). 200 W o bŵer allbwn laser hadau 1080 nm ar ôl mwyhadur yw 160 W. Pan fo'r pŵer pwmp uchaf a chwistrellir i'r TYDF yn 24.8 kW, mae'r pŵer laser allbwn yn 20.2 kW, sy'n cyfateb i'r effeithlonrwydd llethr cyffredinol o 80.8%. Dangosir y sbectrwm ar y pŵer allbwn uchaf yn Ffig. 2(b), lle mae'r gymhareb atal SRS yn 33 dB ac nid oes unrhyw gydran golau Raman amlwg. Dangosir ffactor M2 ansawdd y trawst ar wahanol bwerau (wedi'i fesur gyda Primes LQM 200 gyda hyd ffocal collimator o 120 mm) yn Ffig. 2(c). Mae'r ffactor M2 o 2.18 ar 13.5 kW yn welliant sylweddol o'i gymharu â chanlyniadau mesuriadau Tîm 2022 yn seiliedig ar ffibr homogenaidd 48/400 μm ar yr un pŵer (M2=2.8).
Oherwydd y sbot laser bach (mae angen i ddiamedr sbot digwyddiad LQM 200 fod yn llai na 15 mm), gyda'r cynnydd mewn pŵer allbwn, mae effaith thermol y lens collimator yn dwysáu, gan arwain at aberration cyfnod all-ffocws amlwg ac aberration yn y fan a'r lle. , felly nid yw mesuriad cywir M2 ar bŵer allbwn 20 kW yn bosibl am y tro. Profwyd y ffactor ansawdd trawst hefyd yn yr arbrawf gan ddefnyddio offeryn mesur ansawdd trawst (GYM-100) a ddatblygwyd gan Sefydliad Gwyddorau Ffisegol Hefei, Academi Gwyddorau Tsieineaidd, yn unol â'r Dull "GJB 7367-2011 ar gyfer Mesur Ffactor Ansawdd Trawstiau Laser Ynni Uchel". Oherwydd y defnydd o collimator sbot mawr gyda hyd ffocal hir (190 mm), cafodd dylanwad effaith thermol y collimator ar y canlyniadau mesur ei liniaru i raddau. y ffactor ar 13.5 kW oedd 1.92, a dangosir canlyniadau'r profion ar 20 kW yn Ffig. 2(d). isafswm gwerth y ffactor oedd 1.93, y gwerth uchaf oedd 2.05, a'r gwerth cyfartalog oedd 1.99 ar 150 s. Y ffactor oedd 1.99 ar 13.5 kW, a'r gwerth cyfartalog oedd 1.99 ar 20 kW.

Ffigur 2 Pŵer allbwn laser a chanlyniadau profion
Rhagolygon y Dyfodol
Gan nad oes dull trosi manwl gywir rhwng -factor a M2-ffactor, ni all gwir werth M2-ffactor ar 20 kW ddeillio o ganlyniadau prawf -factor am y tro. Fodd bynnag, o gymharu'r laser 20 kW a wireddwyd gan y tîm yn 2022 yn seiliedig ar 48/400 μm unffurf YDF (gwerth cyfartalog -factor yw 2.94 yn seiliedig ar yr un system brawf), mae ansawdd y trawst wedi'i wella'n sylweddol. Mae'r canlyniadau arbrofol yn dilysu dichonoldeb ffibr taprog i wella ansawdd trawst. Yn y gwaith dilynol, bydd y tîm yn parhau i wneud y gorau o baramedrau strwythurol y TYDF a dyfais ffibr i gyflawni gwelliant pellach mewn ansawdd pŵer a thrawst.