NUDT nær 20kW hágeisla gæða leysiútgangi byggt á mjókkuðum Ytterbium-dópuðum trefjum

Bæling á ólínulegum áhrifum og stillingarstýring eru núverandi tæknileg viðfangsefni fyrir kraftaukningu á ytterbíum-dópaður trefjaleysir (YDFL). Að auka YDF kjarnaþvermál er gagnlegt til að bæta SRS þröskuldinn, en leiðir til erfiðari stjórnunar á hærri röð og erfiðleika við að ná háum geislagæðum. Í samanburði við einsleitar trefjar með tvöföldu klæðningu, hafa mjókkar trefjar ákveðna kosti við að koma jafnvægi á SRS bælingu og hamstýringu. Lítil kjarnaþvermál hluti af mjókkandi trefjum getur fækkað kjarna leiðarstillingum til að ná skilvirkri hamstýringu, en stór kjarnaþvermál hlutinn er til þess fallinn að draga úr kjarnaaflþéttleika til að bæta SRS þröskuldinn.2022, National University of Defense Tækni (NUDT) sem byggir á samræmdu tvíklæddu ytterbium-dópuðu trefjunum hefur náð 20 kW leysigeislaafköstum, með geislagæða M2 stuðlinum 3.3.2023, og til að bæta gæði geislanna enn frekar, framkvæmdi teymið fræðilega og hagnýtar rannsóknir á TYDF leysinum, TAPered Ytterbium-doped Fiber (TYDF) leysir fræðilegum og tilraunarannsóknum.
Rannsóknarframfarir
Til að bæta SRS þröskuldinn tekur leysirinn upp afturdælt master oscillator power amplification (MOPA) uppbyggingu, eins og sýnt er á mynd 1. 1{{20}}80 nm fræljósi er sprautað frá litlum endanum TYDF í röð í gegnum stillingasviðsmillistykkið (MFA), hallagrindina (CTFBG) og klæðningarsíuna (CPS 1). 1018 nm dæluljósi er sprautað inn í stóra enda TYDF í gegnum afturábak (6 + 1) × 1 sameinageisla (PSC) dæluarm. sprautað í stóra enda TYDF. Magnaða merkjaljósið er gefið út í gegnum klæðningarsíuna (CPS 2) og trefjarendalokið (QBH). Píslan á CPS 1 er 30/250 μm tvíklæddur orkuflutningstrefjar. Píslararnir á PSC, CPS 2 og QBH eru allir 48/400 μm tvíklæddir orkuflutningstrefjar. TYDF er hannað og þróað sjálfstætt af National University of Defense Technology (NUDT). National University of Defense Technology sjálfstæð hönnun og þróun TYDF þess litla kjarna þvermál svæði í kjarna / innri klæðningu þvermál 30/250 μm, stór kjarna þvermál svæði í kjarna / innri klæðningu þvermál 48/400 μm, kjarna tölulegt ljósop af 0,066, frásogsstuðull klæðningar um það bil 0,36 dB / m @ 1018 nm, TYDF ljósleiðari á svæðinu með litlu kjarnaþvermáli, mjókkað svæði, lengd kjarnaþvermáls svæðisins á stóra kjarnaþvermálinu 15 m, 30 m, 15 m . TYDF trefjalengd svæðisins með litlum kjarnaþvermáli, mjókkað svæði, stóra kjarnaþvermálssvæðið, hver um sig, TYDF er fest á trefjavatnskældu plötunni með spíralspólu og lágmarksþvermál spólu er meira en 25 cm.

Skýringarmynd 1 20 kW trefjar leysir uppbyggingu skýringarmynd
Aflbreytileiki leysisins er sýndur á mynd 2(a). 200 W af 1080 nm fræleysisútgangsafl eftir magnara er 160 W. Þegar mesta dæluaflið sem sprautað er inn í TYDF er 24,8 kW er úttaksleysisaflið 20,2 kW, sem samsvarar heildarhallanýtni upp á 80,8%. Litrófið við hæsta úttaksaflið er sýnt á mynd 2(b), þar sem SRS bælingarhlutfallið er 33 dB og það er enginn augljós Raman ljósþáttur. M2 stuðull geislafæða við mismunandi afl (mældur með Primes LQM 200 með 120 mm brennivídd collimator) er sýndur á mynd 2(c). M2 stuðullinn 2,18 við 13,5 kW er marktæk framför miðað við niðurstöður Team 2022 mælinga byggðar á 48/400 μm einsleitum trefjum við sama afl (M2=2.8).
Vegna þess að leysibletturinn er lítill (þvermál LQM 200 atviksblettur þarf að vera minna en 15 mm), með aukningu á úttaksafli, magnast varmaáhrif collimator linsunnar, sem leiðir til augljósrar fasavillu sem er ekki í fókus og blettafráviks. , þannig að nákvæm mæling á M2 við 20 kW úttaksafl er ekki möguleg í bili. Geislafæðastuðullinn var einnig prófaður í tilrauninni með því að nota geislagæðamælitæki (GYM-100) þróað af Hefei Institute of Physical Sciences, Chinese Academy of Sciences, í samræmi við „GJB 7367-2011 aðferðina. fyrir mælingu á gæðastuðli háorku leysigeisla“. Vegna notkunar á stórum blettakolli með langri brennivídd (190 mm) var dregið að vissu leyti úr áhrifum varmaáhrifa kollímans á mælingarniðurstöður. stuðullinn við 13,5 kW var 1,92 og prófunarniðurstöður við 20 kW eru sýndar á mynd 2(d). lágmarksgildi þáttarins var 1,93, hámarksgildið var 2,05 og meðalgildið var 1,99 eftir 150 sek. Stuðullinn var 1,99 við 13,5 kW og meðalgildið 1,99 við 20 kW.

Mynd 2 Laser úttaksafl og prófunarniðurstöður
Framtíðarhorfur
Vegna þess að engin nákvæm umreikningsaðferð er á milli -factor og M2-þáttar, er ekki hægt að fá raungildi M2-stuðs við 20 kW út frá -factor prófunarniðurstöðum í bili. Samt sem áður, með samanburði á 20 kW leysinum sem teymið gerði sér grein fyrir árið 2022 á grundvelli 48/400 μm samræmdra YDF (meðalgildi -stuðulls er 2,94 miðað við sama prófunarkerfi), hefur geislagæðin verið verulega bætt. Tilraunaniðurstöðurnar sannreyna hagkvæmni mjókkaðra trefja til að bæta gæði geisla. Í framhaldsvinnunni mun teymið halda áfram að hámarka byggingarfæribreytur TYDF og trefjabúnaðarins til að ná fram frekari framförum á afli og gæðum geisla.