Hár-trefjaleysir þjóna sem mikilvæg verkfæri í vísinda-, iðnaðar- og varnarforritum. Aðal hindrunin í því að auka enn frekar kraft stakrar-trefja leysimagnara er örvuð Brillouin dreifing (SBS). Þegar ljósafl fer yfir SBS þröskuldinn vekur fram-merkjaljósið ákaft afturábak Stokes ljós. Þetta tæmir ekki aðeins dæluorkuna og dregur úr skilvirkni framleiðslunnar heldur getur það einnig skemmt-framhlið nákvæmnisíhluta. Með því að auka þvermál trefjakjarna og víkka merkjasviðið getur það hækkað SBS þröskuldinn og bælt þar með SBS áhrif í eintíðni trefjamögnurum. Núverandi SBS mótvægisaðgerðir eru að mestu bundnar við einn-ham eða fáa-ham trefjamagnara með háum geislagæðum, sem gerir það erfitt að ná samtímis háu afli, þröngri línubreidd og hágæða geislaúttak. Þessi grein fjallar um multimode fiber (MMF) magnara þar sem SBS er verulega bælt vegna minnkaðs ljósstyrks í stóra kjarnanum og breikkunar á Brillouin dreifingarrófinu af völdum multimode örvunar. Með því að beita staðbundinni bylgjusviðsmótun á inntaksljós ólínulega magnarans er úttaksgeislinn einbeittur að-takmörkuðum bletti, sem nær háu afli (503 W), þröngri línubreidd (1 kHz) og hágæða geislaútgangi.
Mynd 1 Skýringarmynd af sjónuppsetningu tilrauna
Mynd 1 sýnir sjónuppsetningu þessarar rannsóknar. Fræljós við 1064 nm bylgjulengd gangast undir for--mögnun og geislaþenslu í stakri-stillingu trefjum áður en bylgjuframsviðsfasi þess er mótaður með staðbundnum ljósmótara (SLM). Mótaða merkjaljósið er fyrst tengt við óvirka fjölstillinga trefjar, sameinað dæluljósinu, og síðan magnað í Yb-dópuðum fjölstillingar trefjum sem styður 76 stillingar. Eftir mögnun fer merkisljósið inn í mælingarleiðina til að meta færibreytur þar á meðal afl, litróf, línubreidd, brennipunkt og fasa. Þessi rannsókn rannsakar SBS eiginleika í multimode trefjum. Niðurstöður benda til þess að SBS þröskuldur (hámarksafl án SBS myndun) í MMF sé marktækt hærri en í stakri-stillingu trefjum. Niðurstöður hermuna sýna að fyrir MMF sem notað er (kjarnaþvermál 42 μm) er SBS þröskuldurinn um það bil 24 W þegar aðeins grunnhamurinn er spenntur, sem er 8 sinnum hærra en 15 μm þvermál stakrar-hams trefjar. Vegna óhjákvæmilegrar hamtengingar í trefjum getur MMF ekki náð hreinni grundvallarstillingarörvun. Mælingar gefa til kynna SBS þröskuld upp á 59 W undir örfáa-ham örvun og 97 W við fjöl-ham örvun í MMF, eins og sýnt er á mynd 2(A).
Mynd 2 (A) SBS þröskuldar í einhleypum-ham og multimode trefjum; (B) SBS ávinningsróf fyrir grundvallar- og multimode örvun í MMF
Þessi grein setur fram hálf-greiningarkenningu fyrir SBS í MMF mögnurum, greinir tenginguna á milli mismunandi stillingamerkjaljósa og Stokes ljóss til að fá samsvarandi SBS ávinningsstuðla. Þessi kenning gefur til kynna að SBS ávinningsstuðullinn við fjölstillingar örvunaraðstæður innan MMF sé lægri en í nokkurri örvunaratburðarás fyrir staka-ham. Multimode örvun í MMF víkkar verulega SBS ávinningsrófið, dregur úr ávinningstoppinu og nær aukningu á SBS þröskuldinum, eins og sýnt er á mynd 2(B). Vegna eðlis dreifingar Stokes ljóssins afturábak, leiða lengri MMF lengdir til meiri SBS ávinnings og samsvarandi lægri þröskuld. Tilraunir sýna að dæluljósið tæmist innan um 6 m. Með því að stytta trefjalengdina og mæla SBS þröskuldinn gefa niðurstöður til kynna að SBS þröskuldurinn sé í öfugu hlutfalli við virka lengd MMF. Við 3,7 m MMF lengd nær magnarinn hámarks SBS þröskuldi (þ.e. hámarksúttaksafl) upp á 503 W, sem er fimmföld SBS þröskuld (fræðileg útreikningsniðurstaða) fyrir örvun í grunnham eingöngu.
Mynd 3 Tengsl milli virkra lengdar MMF og SBS þröskulds; innfelling: styrkleiki brennipunkts úttaks á móti fasa
Til að stjórna MMF útgangi, mótaði þessi rannsókn bylgjuframhliðarfasann með því að nota staðbundinn ljósmótara (SLM) áður en merkisljósið fór inn í MMF. Mótunarsviðið náði yfir allt inntaksop MMF. Innan þessa mótunarsviðs var punktunum skipt í 256 stórpixla. Byrjað er á miðpunkti, fasi hvers pixla var skannaður í spíralmynstri til að ná hámarksútgangi á brenniplaninu. Undir áhrifum fasastýringar bylgjuframhliða eiga sér stað truflanir milli mismunandi stillinga innan MMF, sem myndar hágæða blett á úttaksbrenniplaninu. Blettstyrkur og fasadreifing eru sýnd í innfellingunni efst til hægri á mynd 3, sem sýnir samræmda styrkleika og fasadreifingu, sem gefur til kynna framúrskarandi blettgæði á brenniplaninu. Mynd 4: Blettir á MMF brenniplaninu (A) og á örlítið fókuslausum stöðum (B, C); mæld gæði útgangsgeisla (M2) (D)
Mynd 4 sýnir geislasniðin í brenniplaninu og undir smá fókusleysi (200, 400 μm). Mælingar benda til 76% brennimarksnýtni við brenniplanið, sem þýðir að 76% geislaorkunnar er innan brennivíddsins. Mæld M2 gildi í x- og y-áttinni eru 1,05 og 1,35, í sömu röð, sem gefur til kynna góð geislafæði. Niðurstöðurnar sýna að fasamótun byggð á SLM bætir í raun blettgæði á brenniplani MMF úttaksins.
Mynd 5: Hallavirkni (A), úttaksróf (B) og línubreidd (C) MMF magnarans [1]
Afköst magnarans, litróf og línubreidd voru einnig mæld. MMF magnarinn náði hallavirkni upp á 82%, eins og sýnt er á mynd 5(A), í samræmi við fræðilegar spár. Úttaksrófið (Mynd 5B) sýnir merkjatopp við 1064 nm með hlutfallslegan ASE styrkleika 52 dB, en vinstri-hlið toppurinn táknar dauft leifar dælumerkis. Vegna mjög þröngrar úttakslínubreiddar áttu hefðbundnir litrófsmælar í erfiðleikum með að mæla hana. Þess vegna voru ólíkar aðferðir notaðar til að ákvarða inntaks- og úttakslínubreidd. MMF magnarinn sem smíðaður er í þessu verki sýnir úttakslínubreidd 35 kHz (20-dB) / 1 kHz (3-dB, þ.e. full breidd við hálft hámark), sem sýnir engan marktækan mun frá inntakslínubreidd. Frábært tímabundið samræmi þess uppfyllir kröfur um nákvæmar interferometric mælingar. Í þessari grein er kerfisbundið útfært multimode trefja SBS kenningu með tilliti til dælueyðingar og aukins mettunar. Það leggur til að samþætta multimode trefjamögnun við bylgjuframhlið fasamótun til að ná samtímis SBS bælingu og úttaksblettum hagræðingu. Byggði MMF magnarinn starfar á miklu afli, mikilli skilvirkni og þröngri línubreidd, sem tryggir mikla samfellu. Þessi tækni geymir hugsanlega notkun í samfelldum geislasamsetningu, stórfelldum víxlmælingum og stýrðum orkukerfum.
Tilvísanir: [1] Stefan Rothe o.fl., Wavefront mótun gerir-möguleika fjölstillinga trefjamagnara kleift með úttaksfókus. Vísindi 390, 173–177 (2025).
