ИТТЕРБИЕВЫЙ КОНУСНЫЙ ВОЛОКОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА 1030 НМ С ВЫСОКОЙ ПИКОВОЙ И СРЕДНЕЙ МОЩНОСТЬЮ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИТТЕРБИЕВЫЙ КОНУСНЫЙ ВОЛОКОННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ДЛЯ СПЕКТРАЛЬНОГО ДИАПАЗОНА 1030 НМ С ВЫСОКОЙ ПИКОВОЙ И СРЕДНЕЙ МОЩНОСТЬЮ

Бобков К.К. 1, Михайлов Е.К. 1*, Левченко А.Е. 1, Вельмискин В.В. 1, Худяков Д.В. 1, Алешкина С.С. 1, Заушицина Т.С. 1, Бубнов М.М. 1, Липатов Д.С. 2, Лихачев М.Е. 1

1 Институт общей физики им. А.М.Прохорова РАН, Научный центр волоконной оптики им. Е.М.Дианова,

г. Москва

2 Институт химии высокочистых веществ им. Г.Г. Девятых РАН, Нижний Новгород * E-mail: egor.mikhailov@gmail.com DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-190-191

Волоконные усилители пикосекундных импульсов с высокими значениями пиковой и средней мощностей на основе световодов, легированных иттербием, находят широкое применение в области прецизионной обработки материалов. При выборе рабочей длины волны большинство коммерческих решений отдает предпочтение 1030 нм из-за высокого уровня усиления. Рекордное значение пиковой мощности на приведенной длине волны было получено в системе с микроструктурированными световодами-стержнями - порядка МВт после волоконного усилителя и ~ 3,8 ГВт после сжатия импульсов в компрессоре [1]. Существенными недостатками использовавшихся световодов являются невозможность сварки со стандартными световодами и высокие изгибные потери, вынуждающие сохранять световоды полностью прямыми. Как результат лазеры на основе микроструктурированных световодов-стержней практически полностью теряют такие преимущества волоконных лазеров, как надежность, компактность и низкую стоимость производства.

Многообещающей альтернативой является использование световодов-конусов, легированных иттербием. Данный подход позволяет единовременно достигать МВт пиковой и сотен Вт средней мощностей [2]. Благодаря низким изгибным потерям на основе световода-конуса можно изготовить компактную и дешевую в производстве усилительную систему, совместимую с источниками задающего сигнала, реализованными на стандартных световодах. Однако подобные системы имеют максимальный порог нелинейных эффектов при работе в спектральной области вблизи 1064 нм в то время как порог нелинейных эффектов в области 1030 нм оказывается в несколько раз ниже [3].

В настоящей работе мы оптимизировали параметры усилителя на основе световода-конуса для работы на длине волны порядка 1030 нм. Структура световода близка к представленной в [2, 3]. Диаметр сердцевины изменялась от 8 мкм на тонком конце до 40 мкм в толстом конце. Длина световода была сокращена до 1,7 м для предотвращения перепоглощения сигнала на 1030 нм и получения высокой средней мощности. К узкой части был приварен источник импульсов длительностью 5,2 пс, частотой повторения 13,6 МГц и средней мощностью 50 мВт. Накачка производилась навстречу сигналу через толстый конец световода-конуса с помощью лазерного диода накачки мощностью 100 Вт, работающего на 975±0,5 нм. Предельная достигнутая пиковая мощность составила 430 кВт.

m

to ц

to

X

I—

s о .0

<5 о

X

J

о

30

20

10

Л •

а

Эфф ективность = 53.6%

20

40

60

80

Мощность накачки, Вт

1,0-

0,8-

е 0,6-

<

0,4-

0,2-

0,0-

б

у

У

-15

- АКФ

Функция Гаусса (7,3 пс)

5.2 пс * 1.41 = 7.3 пс

-10

Задержка, пс

Рис. 1. (а) Зависимость мощности сигнала от мощности накачки, (б) автокорреляционная функция и Гауссова аппроксимация

10

15

0

0

5

0

Дальнейший рост мощности был ограничен началом развития четырехволнового смешения -генерировались сигналы на 0,83 мкм и 1,35 мкм. На пиковом уровне мощности вынужденное комбинационное рассеяние (ВКР) оставалось на незначительном уровне менее пары процентов. Мы полагаем, что увеличение порога ВКР в сравнении с [3] обусловлено работой на более высоком уровне средней мощности, что способствует более оптимальному профилю усиления, предотвращающему накопление сигнала ВКР в тонкой части световода-конуса. На сколько нам известно, мы получили рекордную пиковую мощность на длине волны около 1030 нм в волоконном усилителе на основе световода-конуса с дифракционно ограниченным пучком (M2 ~ 1,2 на предельной мощности) и средней мощностью в десятки Вт. Предшествующий нам результат был достигнут в работе [4], где пиковая мощность составляла 375 кВт с худшим качеством пучка (M2 > 1,5) и меньшей средней мощностью в 16 Вт. Также мы провели тест на стабильность работы в непрерывном режиме, и за четыре часа не было обнаружено никаких признаков деградации мощности.

Литература

1. T.Eidam, et al, Opt. Express, 19, p.255 (2010)

2. K.Bobkov, et al, Opt. Express 29, 1722-1735 (2021)

3. KBobkov, et al, Opt. Express 25, 26958-26972 (2017)

4. Yu.Zhu, et al, Opt. Express 26, 17034-17043 (2018)