Development of high-beam quality high power Ytterbium-doped fiber lasers

Yüksek güçlü fi ber lazer (YGLS) sistemleri, kompaktlıkları, sağlamlıkları ve yüksek yönlülükleri nedeniyle sağlık, endüstri ve özellikle savunma uygulamalarında son yıllarda büyük ilgi görmüştür. Bu bağlamda, savunma sanayi deniz, hava kuvvetleri ve kara harekatlarında şu anda HPFL sistemleri yüksek talep görmektedir. Örnek olarak, son zamanlarda savaş gemilerine, zırhlı araçlara ve özellikle de dronlara uygulanmaya çalışılmaktadır. Bu sistemlerin üstün özellikleri, onları çeşitli uygulamalarda kullanmamızı sağlar; ancak bu büyük talep bazı eksiklikleri de beraberinde getiriyor. Örneğin, yüksek güçlü fi ber lazerlerin güç ölçeklemesi, Uyarılmış Raman Saçılımı (SRS) ve Enine Mod kararsızlığı (TMI) gibi doğrusal olmayan etkileşimler tarafından engellenmiştir. Bu doğrusal olmayan etkileşimlerle ilgili olarak, hem ticari hem de ev yapımı kendi kendine üretilen İterbiyum (Yb) katkılı geniş mod alanlı aktif (LMA) fiberlere dayalı yüksek güçlü fi ber lazer osilatörleri ve yükselteç sistemleri kurdum. Yükselteç sistemleri, Master Osilator Güç Ampli katörü (MOPA) konfigürasyonuna dayalı olarak inşa edilmiştir ve ortalama güç 1 kW güç seviyesine ulaşmaktadır. Ayrıca fiber osilatör sistemi, 2 kW güç seviyesine kadar güç seviyesi ve fiber lazer sisteminin ışın kalite parametresi olan 1.2 M2 değeri ile yapılmıştır. Fiber lazer sistemi ve fiberin kendisi üzerindeki TMI etkisini anlamak ve araştırmak için, prob lazerlerin yoğunluk değişimini ve TMI varlığında ev yapımı bir aktif fiber içindeki renk merkezi oluşumunu gözlemlemeyi amaçladık. Ardından, TMI etkisini ortadan kaldırmak için sistemi yeniden kurdum ve farktan TMI etkisinin sorumlu olduğundan emin olmak için aynı deneyleri tekrarladım. Bu amaçla, TMI etkisinin varlığını sağlamak için fi beri büyük bir bükülme çapında sarılmış bir fi ber lazer sistemi kurdum. Sırasıyla, 645 nm ve 520 nm merkezi dalga boylarına sahip iki farklı prob lazer kullandım. Bu prob lazerlerini, boş alan düzenlemeleri aracılığıyla fi ber lazer sistemine bağladım. Daha sonra aynı deneyi sadece 520 nm prob lazer ile tekrarladım ve lazer yapısını yeniden oluşturarak TMI etkisinin olmamasını sağladım. Son olarak, her iki durum için prob lazerlerin yoğunluk değişimi hakkında veri alıp karşılaştırdım. Bu çalışmaların deneyiminden yararlanarak, SRS ve TMI'yi bastırmak için, 0.034 civarında ultra düşük sayısal açıklığa (NA) sahip yeni bir tür Yb katkılı LMA aktif fiber ürettik. Daha sonra 1 m bükülme çapına sahip bu fibere dayalı monolitik bir MOPA sistemi kurdum. Ayrıca M2 değeri 1.16 olan ışın kalitesi ile 1 kW maksimum güç elde ettim. Ayrıca TMI için hafifl etme yöntemlerinden biri olan yan pompa birleştirme tekniğini de inceledim. Aktif fiberi her iki taraftan da pompalamamızı sağlar, böylece fiber üzerindeki termal yükü azaltır. Son olarak, sırasıyla %95 ve %89 pompa bağlantı verimliliği ile (1 + 1) x 1 pompalama kon figürasyonunda hem ev yapımı kendinden imal edilmiş Fotonik Kristal Fiber (PCF) hem de ultra düşük NA aktif fiber üzerinde yan pompa birleştiricisini inceledim.