Hochleistungs-Ultraschnelllaser mit einer Betriebswellenlänge bis in den 2,0-μm-Bereich stoßen auf zunehmendes Forschungsinteresse, vor allem aufgrund ihrer Anwendungsmöglichkeiten in so unterschiedlichen Bereichen wie Fernerkundung, Materialbearbeitung, Medizin und Erzeugung von Breitband-Superkontinua im mittleren Infrarotbereich.
Der Chirped Pulse Amplifier (CPA) aus Thulium-dotierten Fasern (TDF) gilt als vielversprechender Kandidat für die Erzeugung von ultraschnellen Lasern mit hoher Durchschnittsleistung bei 2,0 μm, da Faserlaser hinsichtlich ihrer hohen Umwandlungseffizienz, effizienten Wärmeableitung und hervorragenden Strahlqualität überzeugen.
Um die Laserleistung noch weiter zu steigern, gibt es ein alternatives Verfahren, nämlich die kohärente Strahlkombination (CBC). Dabei wird das Lasersignal in mehrere parallele Verstärkungskanäle aufgeteilt und diese anschließend kohärent zu einem einzigen Ausgangsstrahl kombiniert, wobei der Leistungsskalierungsfaktor nahezu der Anzahl der verwendeten Kanäle entspricht. Dadurch werden die Auswirkungen von Nichtlinearitäten und thermischen Effekten eines einzelnen Faserverstärkers effektiv gemildert.
Dennoch macht der Einsatz von freiraumgekoppelten Verstärkungskanälen in den meisten aktuellen CBC-Systemdemonstrationen das System fragil und schwerfällig und erschwert die Erweiterung der Kombinationskanäle. Ein kompakteres CBC von ultraschnellen Lasern bei 2,0 μm auf Basis der reinen Faserverstärkungskanäle wurde bisher nicht gemeldet.
Forscher unter der Leitung von Prof. Pu Zhou und A./Prof. Can Li an der National University of Defense Technology (NUDT), China, interessieren sich für Hochleistungs-/Energie-Ultraschnellfaserlasertechnologien. Ihre Artikel„Kohärente Strahlkombination zweier vollständig PM-thuliumdotierter fasergechirpter Pulsverstärker“, ist veröffentlicht in Grenzen der Optoelektronik.
Basierend auf zweikanaligen All-PM-TDF-CPAs betrug die kohärente Kombinationseffizienz durch aktive Steuerung der relativen Phase mit einem auf dem SPGD-Algorithmus basierenden Faserstrecker ~81 % mit einem geschätzten Restphasenfehler von λ/17 bei der maximalen Ausgangsleistung von 265 W, was die höchste Durchschnittsleistung darstellt, die vom CBC-System basierend auf All-PM-TDF-CPA erzeugt wird.
Nach der Komprimierung durch ein Paar Beugungsgitter wurde eine Dauer des kombinierten Laserpulses von 690 fs gemessen, was einer Spitzenleistung von 4 MW entspricht.
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Bo Ren et al., Kohärente Strahlkombination zweier ausschließlich PM-thuliumdotierter faseroptischer Chirp-Pulsverstärker, Grenzen der Optoelektronik (2024). DOI: 10.1007/s12200-024-00117-3
Zur Verfügung gestellt von Frontiers Journals