Особенности объединения излучения волоконных лазеров с помощью оптоволоконных сигнальных объединителей Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ОСОБЕННОСТИ ОБЪЕДИНЕНИЯ ИЗЛУЧЕНИЯ ВОЛОКОННЫХ ЛАЗЕРОВ С ПОМОЩЬЮ

ОПТОВОЛОКОННЫХ СИГНАЛЬНЫХ ОБЪЕДИНИТЕЛЕЙ

*

Колегов А.А. , Черникова А.В., Сарасеко Д.В., Денисенко К.А.

ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина», г. Снежинск * E-mail: albatrosing@yandex.ru

DOI 10.24411/2308-6920-2019-16127

Максимальная выходная мощность волоконного лазера имеет ряд физических ограничений [1] и часто простым способом наращивания мощности излучения для использования в технологических целях оказывается объединение нескольких мощных волоконных лазеров с помощью оптоволоконного объединителя.

На рис. 1 приведена схема объединения волоконных лазеров.

Рис. 1. Схема объединения

Выходное волокно одного лазера имеет диаметр сердцевины 20 мкм и оболочки 400 мкм (20/400). Адаптер поля моды (MFA) на своем входе имеет волокно, согласованное с выходным волокном лазера, а на выходе - волокно с параметрами 20/130. Фильтры оболочки (CPS) выводят излучение из кварцевой оболочки, накопленное вследствие внутренних потерь в MFA и на сварках. Каждый из волоконных лазеров через MFA соединяется с волоконным сигнальным объединителем 7^-1 (SC), который имеет 7 входных волокон, согласованных с выходным волокном MFA, а выходное волокно имеет параметры 100/120/360.

При оптоволоконном объединении излучения киловаттного уровня необходимо уделять особое внимание используемым элементам - адаптеры поля моды и сами объединители. Внутренние потери этих элементов не должны превышать 2%, т.к. излучение мощностью 20 Вт, вышедшее из сердцевины волокна может привести как к возгоранию волокна, так и к его пробою в критических местах. На рис. 2 представлены ватт-амперные характеристики (зависимость выходной мощности излучения от тока источников накачки) трех волоконных лазеров и результат их объединения.

Рис. 2. Зависимость выходной мощности лазерного излучения от тока источников

накачки

252

№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru

На рисунке 3 представлена динамика максимальной выходной мощности лазерного излучения. Следует отметить, что обратная связь по мощности не использовалась и стабильность обеспечивается только термодинамическим равновесием.

Р, Вт 3000

2500 2000 1500 1000 500 0

>

V 4

_J

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 t, с Рис. 3. Временная зависимость мощности излучения

На рис.4 приведен суммарный спектр излучения.

Рис. 4. Суммарный спектр излучения

Таким образом, получено, что максимальное значение мощности лазерного излучения составило 3,1 кВт. Потенциальная возможность увеличения мощности с помощью сигнального оптоволоконного объединителя, используемого в работе, до 10 кВт. Показаны основные особенности использования оптоволоконных объединителей для суммирования излучения.

Литература

1. Dawson J,, et al, Opt. Express. 16, 13240-13266 (2008)

№6 2019 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2019» www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru

253