ພະລັງງານໄຟຟ້າທີ່ໃຊ້ພະລັງງານໄຟຟ້າທີ່ໃຊ້ພະລັງງານທີ່ສູງທີ່ສຸດ: Eraser: YAG laser ຢູ່ທີ່ 1617 nm

  ສະຫຼຸບ: ການເຮັດວຽກຂອງຫ້ອງທົດລອງອຸນຫະພູມສູງສຸດຂອງ Er: YAG laser ຢູ່ໃນແຖບ 1617 nm ໂດຍ pumped ໂດຍ laser laser Eraser, Yb, ທີ່ມີນ້ໍາຫນັກເບົາຢູ່ທີ່ 1532 nm. Er: YAG laser ສົ່ງຜົນຜະລິດຄື້ນ 31 W ຂອງເສັ້ນຜ່າກາງຕໍ່ເນື່ອງໃນບ່າກັບ M212.2 ສໍາລັບ 72 W ຂອງພະລັງງານບີບບັງຄັບ. ພະລັງງານປັ໊ມລະດັບຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນແມ່ນ 4.1 W ແລະປະສິດທິພາບຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບພະລັງງານບີບບັງຄັບແມ່ນ ~ 47%. ການປະເມີນຜົນຂອງການອອກແບບເລເຊີແລະການປະສົມປະສານກ່ຽວກັບປະສິດທິພາບຂອງເລເຊີໄດ້ຖືກພິຈາລະນາແລະຄວາມຄາດຫວັງຂອງການເພີ່ມກໍາລັງການຜະລິດແລະການປັບປຸງປະສິດທິພາບໃນການປັບຕົວແມ່ນຈະພິຈາລະນາ.

  2008 Optical Society of America

  ລະຫັດ OCIS: (14.0.0140) ເລເຊີແລະເລເຊີເລເຊີ; (1403070) ເລເຊີອິນຟາເລດແລະອິນຟາເລດຢູ່ໄກ; (1403500) ເລເຊີ, erbium (1403510) ເລເຊີ, ເສັ້ນໃຍ (1403580) Lasers, ລັດແຂງ.

 1Introduction

  ແຫລ່ງເລເຊີທີ່ດໍາເນີນການໃນລະບົບຕາຕະລາງເວລາທີ່ມີຄວາມຍາວແວ່ນຕາໃນປະມານ 1.5-1.6mm ມີຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຈໍານວນຫລາຍລວມທັງ, ຄວາມຮູ້ສຶກຫ່າງໄກສອກຫຼີກ, ການຕິດຕໍ່ແລະການສື່ສານຊ່ອງຫວ່າງ. ການສີດນ້ໍາຂອງ Er: YAG ດ້ວຍເສັ້ນຜ່າກາງ Er, Yb ເສັ້ນໄຍ [1-6] ຫຼື laser diode [7-9] ແມ່ນເກີດຂຶ້ນຢ່າງໄວວາເປັນຫນຶ່ງໃນເສັ້ນທາງທີ່ມີຄວາມຫວັງທີ່ສຸດຕໍ່ລະບົບຄວາມຍາວນີ້ເນື່ອງຈາກຄວາມຄາດຫວັງ ຂອງພະລັງງານຜົນຜະລິດສູງສູງສະເລ່ຍໃນທັງສອງສາຍຕໍ່ເນື່ອງ (cw) ແລະ Q - ການປ່ຽນແປງຂອງການດໍາເນີນງານ. ການນໍາໃຊ້ເລເຊີສູບເສັ້ນໃຍເສັ້ນໃຍແມ່ນເປັນສິ່ງທີ່ຫນ້າສົນໃຈເພາະວ່ານີ້ອະນຸຍາດໃຫ້ນໍາໃຊ້ແກ້ວ Er: YAG ກັບຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ erbium ion ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຜົນກະທົບທີ່ບໍ່ດີຕໍ່ການປ່ຽນແປງຂອງພະລັງງານ - ການເຄື່ອນຍ້າຍສູງຂຶ້ນ (ETU) ກ່ຽວກັບການເຮັດວຽກຂອງເລເຊີ [10] ແລະຫຼີກເວັ້ນ ຈໍາເປັນຕ້ອງມີຄວາມເຢັນເພື່ອໃຫ້ບັນລຸປະສິດທິພາບໃນການລະບາຍຄວາມຮ້ອນສູງ [8]. ຫນຶ່ງໃນສະຖານທີ່ທີ່ສໍາຄັນຂອງວິທີການເລເຊີຂອງເສັ້ນໃຍເສັ້ນໃຍເສັ້ນໃຍປະສົມແມ່ນຄວາມຕ່ໍາຕ່ໍາໃນລະດັບຄວາມສ່ຽງທີ່ມີຢູ່ໃນຂະຫນາດກາງທີ່ເລິກເຊິ່ງ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ງ່າຍຕໍ່ການຂະຫຍາຍໄຟຟ້າໃນຮູບເລເຊີທີ່ຍັງມີທ່າແຮງສໍາລັບພະລັງງານສູງໃນ Q-switched mode. ວິທີການນີ້ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ຢ່າງສໍາເລັດຜົນກັບ laser lopoploped ແລະ doped ປະຕິບັດງານໃນ ~ 1.6 ແລະ ~ 2.1 μmກົດລະບຽບຄວາມຍາວ wavelength. ໃນການເຮັດວຽກທີ່ຜ່ານມາ, ພວກເຮົາໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນ lasers hybrid ອີງໃສ່ Er: YAG ກັບ > 60 W ຂອງຜົນຜະລິດ cw [1] ແລະມີກໍາລັງແຮງດັນ 15 mJ ໃນ Q-switched mode 4ຂ້ອຍ13/2 ? 4ຂ້ອຍ15/2

ການປ່ຽນແປງຢູ່ທີ່ 1645 nm [2,10]. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ສໍາລັບການຮັບຮູ້ໄລຍະຫ່າງໄກແລະໄລຍະຫ່າງຂອງການໃຊ້ງານໄລຍະເວລານີ້ແມ່ນບໍ່ສະດວກ, ເນື່ອງຈາກມີເສັ້ນທາງດູດຊຶມບາງໆເນື່ອງຈາກເມັດທີ່ຢູ່ໃກ້ຊິດ, ເຊິ່ງມີຄວາມຈໍາເປັນໃນການຄັດເລືອກແລະຄວບຄຸມໄລຍະເວລາຂອງສາຍ. Er: YAG ຍັງມີການປ່ຽນແປງລະຫວ່າງລຸ່ມແລະຕ່ໍາດຽວກັນຢູ່ 1617 nm (ເບິ່ງຮູບທີ 1) ຊຶ່ງຢູ່ໃນເຂດຂອງສະເປກທີ່ບໍ່ມີເສັ້ນທາງດູດຊຶມໃນບັນຍາກາດ. ການປ່ຽນແປງນີ້ໄດ້ຮັບຜົນປະໂຫຍດຈາກການແຜ່ກະຈາຍຂອງລະດັບຄວາມສູງແຕ່ມີລັກສະນະສາມລະດັບທີ່ຊັດເຈນຫຼາຍທີ່ຕ້ອງການ ~ 14% ຂອງ ions Er3 + ທີ່ມີຄວາມຕື່ນເຕັ້ນກັບຕົວຍ່ອຍເທິງເພື່ອບັນລຸຄວາມໂປ່ງໃສເມື່ອທຽບກັບ ~ 9% ສໍາລັບການປ່ຽນ 1645 nm. ດັ່ງນັ້ນ, ພະລັງງານປັ໊ມກ້ວາງສໍາລັບການປະຕິບັດງານ 1617 nm ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວແມ່ນສູງກວ່າການດໍາເນີນງານ 1645 nm ແລະດັ່ງນັ້ນການຕັ້ງຄ່າແບບປະສົມປະສານມາດຕະຖານປົກກະຕິເຮັດໃຫ້ມີຄວາມກົດດັນຢູ່ທີ່ 1645 nm. ການປະຕິບັດງານຂອງ Er: YAG ຢູ່ 1617 nm ໄດ້ຮັບການບັນລຸຜົນໄດ້ໂດຍການນໍາໃຊ້ອົງປະກອບທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງການວິນິດໄສຄວາມຍາວຂອງ intracavity (eg etalons) [5,6] ເພື່ອສະກັດກັ້ນເສັ້ນທີ່ 1645 nm ຫຼືໂດຍປະຕິບັດງານຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມ cryogenic ບ່ອນທີ່ການສູນເສຍການດູດຊຶມໃຫມ່ຢູ່ 1617 nm ຖືກຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ [8]. ໃນທັງສອງກໍລະນີ, ອໍານາດສະເລ່ຍສູງສຸດທີ່ລາຍງານມາຮອດມື້ນີ້ແມ່ນຢູ່ຂ້າງລຸ່ມ < 6 W ໃຊ້ການຈໍາແນກໄລຍະຍາວ [6] ແລະ < 032 W ສໍາລັບການປະຕິບັດງານ quasi-cw ຢູ່ 78 K [8]. ໃນທີ່ນີ້, ພວກເຮົາໄດ້ລາຍງານຜົນຂອງການສຶກສາທົດລອງກ່ຽວກັບການນໍາໃຊ້ 167 nm ຂອງ Er: YAG lasers ທີ່ມີພະລັງແຮງບີບສູງແລະປຶກສາຫາລືກ່ຽວກັບວິທີການຕ່າງໆ (ລວມທັງລະດັບ doping Er3 + ແລະອອກແບບຫ້ອງ). ອີງໃສ່ຜົນຂອງການສຶກສານີ້ແລະການນໍາໃຊ້ຍຸດທະສາດທີ່ງ່າຍດາຍສໍາລັບການຂະຫຍາຍໄຟຟ້າ, ພວກເຮົາໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ: Er: YAG laser, ໃນແຖບທີ່ຖືກປອງກັນໂດຍ laser, ເສັ້ນໃຍເສັ້ນໄຍ Er, Yb, ທີ່ 1532 nm, ມີ 31 W ຂອງ cw output ຢູ່ 1617 nm ສໍາລັບ 72 W ຂອງພະລັງງານບີບບັງຄັບທີ່ຢູ່ໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງ. ກັບຄວາມຮູ້ທີ່ດີທີ່ສຸດຂອງພວກເຮົາ, ນີ້ແມ່ນພະລັງງານສູງທີ່ສຸດໃນການຜະລິດ cw ທີ່ໄດ້ຖືກລາຍງານມາໃນມື້ນີ້ສໍາລັບ Er: YAG laser ດໍາເນີນການຢູ່ໃນເສັ້ນ 1617 nm.

ຮູບທີ 1 Er: ແຜນວາດພະລັງງານຂອງ YAG ທີ່ສະແດງຜົນການຖ່າຍທອດ laser ຢູ່ 1617 nm ແລະ 1645 nm.

  2Experiment

  ການປະສົມປະສານເລເຊີຂອງ Er: YAG ທີ່ນໍາໃຊ້ໃນການທົດລອງຂອງພວກເຮົາແມ່ນສະແດງໃຫ້ເຫັນໃນຮູບທີ 2. ເລເຊີຫມໍ້ໄຟ Er, Yb ໄດ້ຖືກສ້າງຂື້ນໃນເຮືອນ [11] ແລະປະກອບດ້ວຍເສັ້ນໃຍ ~ 2.5 ມຍາວຂອງເສັ້ນໃຍສອງຊັ້ນທີ່ມີ 30m(0.22 NA) Er, Yb-doped phospho-silicate core surrounded by a 400mເສັ້ນຜ່າສູນກາງຂອງຊິລິກາທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ D ຮູບເສັ້ນປະສາດ. ເສັ້ນໄຍໄດ້ຖືກເຄືອບດ້ວຍດັດສະນີກະແສໄຟຄວາມຊື້ນຕ່ໍາ (n = 1375) fluorinated polymer exterior, ໃຫ້ NA ປະມານ 0.49 ສໍາລັບຄູ່ມືປັ໊ມພາຍໃນ. ການເຮັດວຽກຢູ່ຈຸດສູງສຸດຂອງການດູດຊຶມໃນ Er: YAG ຢູ່ທີ່ 1532 nm ໄດ້ບັນລຸຜົນຕອບຮັບຄັດເລືອກໄລຍະຍາວທີ່ສະຫນອງໃຫ້ໂດຍຊ່ອງພາຍນອກທີ່ມີເສັ້ນໂຄ້ງຄວາມແຕກຕ່າງ (600 ເສັ້ນ / ມມ) ໃນການກໍານົດຄ່າ Littrow. (120 ມມ) ຖືກນໍາໃຊ້ໃນຊ່ອງທາງພາຍນອກເພື່ອໃຫ້ແນ່ໃຈວ່າການຄັດເລືອກ spectral ຂອງຕາຂ່າຍໄຟຟ້າແມ່ນພຽງພໍທີ່ຈະເຮັດໃຫ້ມີສາຍແບັກໄລ (~ 0.4 nm) ກ່ວາລະດັບຄວາມຖີ່ຂອງການດູດຊຶມ: YAG (~ 4 nm ) ການຕອບສະຫນອງສໍາລັບການໂຄສະນາຢູ່ໃນທ້າຍຂອງກົງກັນຂ້າມຂອງເສັ້ນໄຍໄດ້ຖືກສະຫນອງໂດຍການສະທ້ອນ Fresnel 3.6% ຈາກຈຸດປະສານທາງຂວາງ - ມຸມຂວາງ. ແສງປັ໊ມໄດ້ຖືກສະຫນອງໂດຍສອງໂມດູນປັ໊ມ diode ເກົ້າກຼາມທີ່ແຕກຕ່າງກັນລວມຢູ່ໃນ 976 nm. ການອອກກໍາລັງກາຍຈາກໂມດູນປັ໊ມປະສົມຖືກແບ່ງແຍກອອກເປັນສອງຂົ້ວຂອງພະລັງງານປະມານເທົ່າທຽມກັນໂດຍໃຊ້ບ່ອນທີ່ມີແຂນປາດແຂນທີ່ເຮັດໃຫ້ການສູບນ້ໍາຂອງເສັ້ນໄຍ Er, Yb ຈາກປາຍທັງສອງ. ໃນວິທີການນີ້, ການໂຫຼດດ້ວຍຄວາມຮ້ອນແມ່ນແຈກຢາຍຢ່າງກວ້າງຂວາງຕາມເສັ້ນໄຍທີ່ຫຼຸດຜ່ອນຄວາມເສຍຫາຍຂອງຄວາມຮ້ອນທີ່ເກີດຈາກຄວາມຮ້ອນໃນການເຄືອບດ້ານໂພລີເມີ. ການນໍາໃຊ້ການຈັດການນີ້ເສັ້ນໃຍ Er, Yb ໃຫ້ຜົນຜະລິດສູງສຸດຂອງ 120 W ໃນ 1532 nm ໃນ beam ມີ M2 < 5 ສໍາລັບ ~ 440 W ຂອງພະລັງງານສູບ. ໃນລະດັບພະລັງງານນີ້, ເສັ້ນໄຍເສັ້ນໃຍມີຄວາມເສຍຫາຍຫຼາຍດັ່ງນັ້ນ, ເພື່ອໃຫ້ແນ່ໃຈວ່າການປະຕິບັດງານທີ່ຫນ້າເຊື່ອຖື, ເລເຊີໃຊ້ໃນລະດັບພະລັງງານຕໍ່າກວ່າ 75 W.

  ແບບປະສົມສີ່ຫຼ່ຽມທີ່ມີຄວາມສະດວກສະບາຍແມ່ນເຮັດວຽກສໍາລັບ Er: YAG laser. ນີ້ປະກອບດ້ວຍເຄື່ອງປັ໊ມປັ໊ມປັ໊ມທີ່ມີຄວາມສະທ້ອນແສງສູງ (> 99.8%) ໃນໄລຍະເວລາທີ່ມີຄວາມໄວສູງ (1600-1650 nm) ແລະຄວາມໄວສູງ (> 95%) ຢູ່ທີ່ຄວາມຍາວຂອງປັ໊ມ (1532 nm) ແລະ R2) ຂອງຄວາມກວ້າງຂອງຄວາມກວ້າງ 100 ມມ, ທີ່ມີຄວາມສະທ້ອນສູງ (> 99.8%) ຢູ່ທັງແລ່ນແລະຄວາມຍາວຂອງປັ໊ມແລະຕົວນໍາຂອງຍົນ. ມີຈໍານວນການຜະລິດທີ່ມີການສົ່ງສັນຍານ 10%, 20%, 30% ແລະ 50% ໃນໄລຍະເວລາທີ່ມີໄລຍະເວລາທີ່ມີການນໍາໃຊ້ສໍາລັບການສຶກສາຂອງພວກເຮົາ. ເພື່ອກວດສອບຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ Er3 + ກ່ຽວກັບການປະຕິບັດ, ສາມ Er: YAG, ມີລະດັບ doping 0,25%, 0.5% ແລະ 1.0%, ແລະມີຄວາມຍາວປະມານ 58 ມມ, 29 ມມແລະ 15 ມມ. ຄວາມຍາວຂອງໄປເຊຍກັນໄດ້ຖືກຄັດເລືອກດັ່ງນັ້ນທັງສາມແກ້ວໄດ້ປະມານປະສິດທິພາບການດູດຊຶມຂອງປັ໊ມດຽວກັນທີ່ມີອໍານາດບີບຕ່ໍາ (ຫມາຍຄວາມວ່າບໍ່ມີການລະລາຍດິນໃນພື້ນທີ່). ຫລັງຈາກນັ້ນໄດ້ຖືກວັດແທກເຖິງ ~ 98% ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຕົວກໍາໄລການດູດຊຶມໃນ Er: YAG ສໍາລັບການບີບອັດ 1532 nm ແມ່ນ ~ 260 m-1 / ຕໍ່%. ທັງສອງໃບຫນ້າຂອງ Er: YAG ກ້ານຖືກ antireflection ເຄືອບສໍາລັບ 1.5 ຫາ 1.7mm ຊ່ວງຄວາມຍາວຂອງ wavelength ກວມເອົາທັງປັ໊ມແລະໄລຍະເວລາໃນການເລື່ອນ.

ຮູບ 2 ແຜນວາດ Schematic ຂອງ Er: YAG resonator. IC: ກະປຸກປ້ອນກະແສໄຟເຂົ້າ

(AR ກັບ 1532 nm ແລະ HR ໃນ 1600-1700 nm). OC: ກະປຸກກະແສໄຟຟ້າອອກ

(ການສົ່ງ (T) ຂອງ 10%, 20%, 30% ຫຼື 50% ຢູ່ທີ່ 1600-1700 nm).

  Er: YAG ກ້ານໄດ້ການຕິດຕັ້ງອຸນຫະພູມໃນອາລູມິນຽມເຢັນທີ່ເກັບຮັກສາໄວ້ໃກ້ຊິດກັບອຸນຫະພູມຫ້ອງຢູ່ທີ່ 17 ° C ແລະຕັ້ງຢູ່ຈຸດກາງຂອງແຂນ resonator ທີ່ກໍານົດໄວ້ໂດຍແຈ curved ສອງ (R1 ແລະ R2). ຄວາມຍາວທາງດ້ານຮ່າງກາຍຂອງແຂນນີ້ມີຄວາມຍາວປະມານ 125 ມມແລະຄວາມຍາວຂອງຮ່າງກາຍຂອງລໍາໂພງແມ່ນ ~ 365 ມມເຊິ່ງເປັນການຄິດໄລ່ເຖິງຂອບເຂດ TEM00 ຂອງ ~ 80mm ມຸມມອງຂອງການເກີດຂື້ນເທິງກະຈົກໂຄ້ງໄດ້ເຮັດໃຫ້ມີຂະຫນາດນ້ອຍ (< 10 °) ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຫ່າງໄກສອກຫຼີກ. ການບີບຫມໍ້ນ້ໍາຈາກເສັ້ນໃຍເສັ້ນໃຍ Er, Yb ໄດ້ຖືກບິດເຂົ້າມາໃນລໍາໂພງໂດຍຜ່ານການປ້ອນເຂົ້າ - ປ້ອນກັນຂອງຍົນແລະຫຼັງຈາກນັ້ນໄດ້ສຸມໃສ່ກັບຂອບຂະຫນານຂອງ ~ 75mm ໃນ Er: YAG rod ກັບການຊ່ວຍເຫຼືອຂອງບ່ອນມ້ວນ curve R1. An etalon silica fused uncoated of 100mຄວາມຫນາຂອງ m ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອໃຫ້ການຈໍາແນກໄລຍະເວລາຄວາມຍາວ (ໃນເວລາທີ່ຈໍາເປັນ) ເພື່ອໃຫ້ແນ່ໃຈວ່າມີສາຍໃນເສັ້ນ 1617 nm.

3. ຜົນໄດ້ຮັບແລະການສົນທະນາ

  ໃນລະດັບທີ່ສໍາລັບການສັ່ນສະເທືອນເລເຊີ, ການໄດ້ຮັບການເດີນທາງຮອບຈະຕ້ອງທຽບເທົ່າກັບການສູນເສຍສ່ວນແບ່ງຂອງຫລຸມເລເຊີ, ດັ່ງນັ້ນ

sg N l = -[log e (1 - T)+ log e (1 - L)](1)

  ບ່ອນທີ່σgແມ່ນສ່ວນທີ່ໄດ້ຮັບ, N ແມ່ນຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນ doping ion ເຄື່ອນໄຫວ, l ແມ່ນຄວາມຍາວຂອງຂະຫນາດກາງທີ່ໄດ້ຮັບ, T ແມ່ນການສົ່ງຂອງ coupler ຜະລິດຕະພັນແລະ L ແມ່ນການສູນເສຍຂີ້ເຫຍື້ອໃນຮອບການເດີນທາງ (ນອກຈາກການສູນເສຍຜົນ coupling ຜົນຜະລິດ) ທີ່ຢູ່ ພາກສ່ວນທີ່ໄດ້ຮັບຜົນປະໂຫຍດແມ່ນຂື້ນກັບພາກສ່ວນຂອງການປ່ອຍອາຍພິດແລະການດູດຊຶມທີ່ມີປະສິດທິພາບ (σeແລະσa) ສໍາລັບການປ່ຽນແປງແລະຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງປະຊາກອນ, N2 ແລະ N1, ໃນມວນສານເທິງ (4I13 / 2) ແລະມວນສານຕ່ໍາ (4I15 / 2) ຕາມລໍາດັບໂດຍຜ່ານການພົວພັນ [4]:

sg = bse - (1- b)sa(2)

  ບ່ອນທີ່ຕົວກໍານົດການປ່ຽນແປງβ = N2 / (N1 + N2) N2 / N ໃນເວລາທີ່ບໍ່ມີການປ່ຽນແປງພະລັງງານ - ການປ່ຽນແປງສູງ. ເພື່ອບັງຄັບໃຊ້ສາຍເທິງເສັ້ນ 1617 nm ຮຽກຮ້ອງການປະສົມປະສານທີ່ຈະຖືກກໍານົດໄວ້ເພື່ອໃຫ້ມາດຕະຖານການດໍາເນີນງານ 1617 nm ຕ່ໍາກວ່າສໍາລັບການປ່ຽນເລເຊີອື່ນຈາກ 4I13 / 2 ເຖິງ 4I15 / 2. ໂດຍປົກກະຕິ, ສາຍ 1645 nm ມີລະດັບຕ່ໍາສຸດຍ້ອນວ່າມັນມີລັກສະນະສາມລະດັບທີ່ຕໍ່າກວ່າ (ແຕ່ວ່າການປ່ຽນແປງທີ່ມີປະສິດທິພາບຫນ້ອຍລົງ), ເຖິງແມ່ນວ່າການຫັນປ່ຽນ 1617 nm ມີສ່ວນທີ່ມີການແຜ່ກະຈາຍທີ່ມີປະສິດທິຜົນສູງຫຼາຍ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ນີ້ຈະປ່ອຍໃຫ້ສອງທາງເລືອກສໍາລັບການເລືອກໄລຍະເວລາວ່າງ. ວິທີການທໍາອິດແລະທີ່ຊັດເຈນທີ່ສຸດແມ່ນການໃຊ້ການຈໍາແນກການສູນເສຍ (ເຊັ່ນ: intracavity etalon) ເພື່ອເລືອກເສັ້ນ 1617 nm. ວິທີທີສອງ, ແລະບາງທີວິທີງ່າຍດາຍທີ່ສຸດແມ່ນການຂຸດຄົ້ນຄວາມຈິງທີ່ວ່າສ່ວນທີ່ໄດ້ຮັບຜົນກະທົບ, σgເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງໄວວາກັບຕົວແປການປ່ຽນແປງ, βສໍາລັບສາຍ 1617 nm ກ່ວາເສັ້ນ 1645 nm (ເບິ່ງຮູບທີ 3). ຜົນໄດ້ຮັບສຸດທິແມ່ນວ່າໃນຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງການປ່ຽນແປງສູງ, ສ່ວນການເພີ່ມຂື້ນຢູ່ທີ່ 1617 nm ແມ່ນສູງກວ່າ

ຮູບທີ 3 ການຄິດໄລ່ການມີສ່ວນຕັດໃນ 1617 nm ແລະ 1645 nm ເປັນຫນ້າທີ່ຂອງພາລາມິເຕີການປ່ຽນແປງປະຊາກອນ.

ກວ່າ 1645 nm. ໃນອຸນຫະພູມຫ້ອງ (300 K), ນີ້ຕ້ອງໃຊ້ຢ່າງຫນ້ອຍ 35% ຂອງ ions Er3 + ທີ່ຈະຕື່ນເຕັ້ນກັບມວນສານ 4I13 / 2. ໃນການປະຕິບັດ, ນີ້ສາມາດບັນລຸໄດ້ໂດຍພຽງແຕ່ເພີ່ມຂີດຈໍາກັດໂດຍນໍາໃຊ້ coupler output transmission ຫຼາຍທີ່ສູງຂຶ້ນ, ໂດຍບໍ່ມີຄວາມຕ້ອງການສໍາລັບອົງປະກອບ intracavity ທີ່ເລືອກໃນໄລຍະເວລາ wavelength ເພີ່ມເຕີມ.

ການທົດລອງເບື້ອງຕົ້ນໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ໂດຍໃຊ້ Er: YAG rod ກັບລະດັບ 0.5% ຢູ່ໃນລະດັບ doping ແລະໃຊ້ etalon intracavity ເພື່ອເລືອກການດໍາເນີນງານ 1617 nm. ຜົນໄດ້ຮັບສໍາລັບພະລັງງານຜົນຜະລິດ laser ຕາມຫນ້າທີ່ຂອງພະລັງງານບີບບັງຄັບສໍາລັບສາມການສົ່ງສັນຍານຄູ່ກັນທີ່ແຕກຕ່າງກັນ (10, 20 ແລະ 30%) ແມ່ນສະແດງໃນຮູບທີ 4 (a). ນອກຈາກນີ້, ສໍາລັບການປຽບທຽບພະລັງງານຜົນຜະລິດສໍາລັບການປະຕິບັດງານ 1645 nm ທຽບກັບພະລັງງານ pump (ie ໂດຍບໍ່ມີຕົວຂອງ etalon ໃນຂຸມ) ແມ່ນສະແດງໃຫ້ເຫັນ. ມັນສາມາດເຫັນໄດ້ວ່າພະລັງງານຂອງເລເຊີເພີ່ມຂຶ້ນດ້ວຍການສົ່ງສັນຍານຄູ່ກັບ 1617 nm. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ກໍາລັງການຜະລິດຢູ່ທີ່ 1617 nm ແມ່ນຫນ້ອຍກ່ວາຢູ່ທີ່ 1645 nm. ນອກຈາກນັ້ນ, ຍັງມີປະສິດທິຜົນຫຼາຍທີ່ສຸດໃນການຜະລິດໄຟຟ້າຢູ່ທີ່ 1617 nm ຍ້ອນວ່າພະລັງງານປບັແມ່ນສູງກວ່າ ~ 60 W ໃນທາງກົງກັນຂ້າມກັບສະຖານະການຢູ່ທີ່ 1645 nm. ຮູບທີ່ 4 (b) ສະແດງຜົນການປະຕິບັດ 1617 nm ກັບການສົ່ງສັນຍານຄູ່ກັບ 50%. ໃນກໍລະນີນີ້ບໍ່ຕ້ອງມີມາດຕະຖານ. ພະລັງງານປັ໊ມປະມານ 5000 W ແລະຄວາມສາມາດທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນກ່ຽວກັບພະລັງງານຂອງພະລັງງານແມ່ນ ~ 42% ຕໍ່ກັບພະລັງໄຟຟ້າຂອງ ~ 45 W. ໃນລະດັບຄວາມດັນສູງຂອງພະລັງງານໄຟຟ້າກະແສນ້ໍາຫນັກສູງສຸດເຖິງກໍາລັງການຜະລິດສູງສຸດເທົ່ານັ້ນ 16 W. ນີ້ແມ່ນຕໍ່າກ່ວາສໍາລັບສຽງສະທ້ອນດຽວກັນກັບ 20% ແລະ 30% ການສົ່ງສັນຍານຄູ່. ພວກເຮົາສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການເຄື່ອນຍ້າຍໃນລະດັບພະລັງງານທີ່ 1617 nm ກັບລັກສະນະສາມລະດັບທີ່ຊັດເຈນ (ເຊັ່ນ: ການສູນເສຍການສູນເສຍການດູດຊຶມໃຫມ່) ເນື່ອງຈາກການເພີ່ມອຸນຫະພູມທີ່ເກີດຈາກການເພີ່ມຄວາມຮ້ອນເພີ່ມຂຶ້ນຢູ່ໃນລະດັບຄວາມດັນສູງ. ສະຖານະການແມ່ນຮ້າຍແຮງຂຶ້ນຕື່ມອີກໂດຍການປ່ຽນແປງພະລັງງານ - ການໂອນໄຟຟ້າທີ່ເຮັດໃຫ້ເພີ່ມຂື້ນເພີ່ມຂື້ນໃນເວລາທີ່ປະຕິບັດງານຢູ່ທີ່ຄວາມຫນາແຫນ້ນສູງ. ນີ້ແມ່ນເຫັນໄດ້ຊັດຈາກການເລື່ອຍໆໃນລະບົບໄຟຟ້າສໍາລັບ laser ທີ່ມີການສົ່ງສັນຍານຄູ່ກັບ 50%.

ຮູບທີ່ 4 ພະລັງງານອອກມາທຽບກັບພະລັງງານບີບບັງຄັບໃຊ້ສໍາລັບ Er: YAG laser ມີລະດັບ 0.5 ຢູ່% doping

(a) ການນໍາໃຊ້ໂປຣແກຣມສົ່ງກັບ 10%, 20% ແລະ 30%. (ສັນຍາລັກແຂງເປັນຕົວແທນຂອງການດໍາເນີນງານ 1617 nm ກັບ etalon ແລະສັນຍາລັກເປີດເຜີຍເປັນການປະຕິບັດງານ 1645 nm).

(b) ພະລັງງານສົ່ງອອກທີ່ 1617 nm ທີ່ມີການສົ່ງສັນຍານຄູ່ກັບ 20%, 30% (ມີ etalon) ແລະ 50% (ໂດຍບໍ່ມີຕ່ໍາ).

ພວກເຮົາໄດ້ທົດລອງທົດລອງທົດລອງດ້ວຍ Er: YAG ທີ່ມີລະດັບ 0,25% ແລະ 1.0% ຢູ່ໃນລະດັບ doping ໂດຍໃຊ້ 50% coupler output transmitting. ຮູບທີ່ 5 (a) ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງພະລັງງານຜົນຜະລິດທີ່ເປັນພະລັງງານຂອງພະລັງງານສໍາລັບສາມລະດັບ doping ທີ່ໃຊ້ໃນການສຶກສາຂອງພວກເຮົາ. ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງການໂຫຼດຂອງຄວາມຮ້ອນແລະອຸນຫະພູມທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນໃນລະດັບ 0,25 ຢູ່ທີ່% doped rod ແມ່ນນ້ອຍກວ່າປັດໄຈຂອງສອງຕ່ໍາກວ່າ 0,5 ຢູ່ທີ່% doped rod ເນື່ອງຈາກຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນ doping ຕ່ໍາແລະການສູນເສຍ upconversion ຫຼຸດລົງ. ດັ່ງນັ້ນ, ພວກເຮົາໄດ້ສັງເກດເຫັນວ່າບໍ່ມີມ້ວນໃນປະສິດທິພາບການຜະລິດສູງເຖິງພະລັງງານປບັທີ່ສູງສຸດຂອງ 75 W. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, 1.0 ຢູ່ທີ່% doped rod ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນການໂຫຼດຄວາມຮ້ອນຫຼາຍແລະອຸນຫະພູມເພີ່ມຂຶ້ນແລະ, ຕາມຄາດ, ເລເຊີໄດ້ປະຕິບັດການຮ້າຍແຮງກວ່າເກົ່າເຖິງກໍາລັງການຜະລິດສູງສຸດເທົ່າກັບ 3 W. ຜົນໄດ້ຮັບເຫຼົ່ານີ້ສະຫນັບສະຫນູນການສະເຫນີຂອງພວກເຮົາວ່າການປະມວນຜົນໃນການພະລັງງານແມ່ນເນື່ອງມາຈາກການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງລະດັບສາມເນື່ອງຈາກການໂຫຼດດ້ວຍຄວາມຮ້ອນແລະການສະກັດກັ້ນການປ່ຽນແປງພະລັງງານ. ດັ່ງນັ້ນ, ການນໍາໃຊ້ລະດັບ doping Er3 + ຕ່ໍາພ້ອມກັບການຄຸ້ມຄອງຄວາມຮ້ອນທີ່ມີປະສິດທິພາບແມ່ນສໍາຄັນສໍາລັບການຂະຫຍາຍໄຟຟ້າໃນການປ່ຽນ 1617 nm ໃນການເຄື່ອນໄຫວແບບຄື່ນໆແລະ Q-switched.

Fig 5 Er: YAG laser output power at 1617 nm versus power pump for

 (a) ລະດັບ doping Er3 + ທີ່ແຕກຕ່າງກັນໂດຍໃຊ້ຕົວບວກທີ່ມີການສົ່ງຜ່ານ 50%

ແລະ (b) ການອອກແບບບ່ອນຫຼົ່ນທີ່ເຫມາະສົມໂດຍໃຊ້ 0.25 ຢູ່. % crystal

  ຮູບທີ່ 5 (b) ສະແດງໃຫ້ເຫັນພະລັງງານທີ່ມີຢູ່ 1617 nm ກັບພະລັງງານ pump ສໍາລັບການອອກແບບ resonator optimized ໃຊ້ 0.25 ຢູ່% Er: YAG rod. ໃນກໍລະນີນີ້, ມີສອງແກ້ວປະມານ 100 ມມກ້ອມໄດ້ຖືກແທນທີ່ດ້ວຍກະຈົກທີ່ມີຄວາມກວ້າງ 150 ມມແລະຄວາມຍາວຂອງສຽງສະທ້ອນໄດ້ຖືກດັດແປງເພື່ອໃຫ້ມີຂອບຂະຫນາດໃຫຍ່ TEM00 beam waist radius ຂອງ ~ 100mm ແລະເພາະສະນັ້ນຈຶ່ງມີການລອກເອົາຊ່ອງທາງທີ່ດີກວ່າກັບພື້ນທີ່ປບັ. ພະລັງງານປັ໊ມທີ່ມີຈຸດປະສົງແມ່ນ ~ 41 W ແລະປະສິດທິພາບຂອງຄວາມຫນາແຫນ້ນກ່ຽວກັບພະລັງງານຂອງພະລັງງານແມ່ນ ~ 47%. ບໍ່ມີການມ້ວນໃນການຜະລິດອອກໄປເຖິງພະລັງງານປບັສູງສຸດທີ່ມີຢູ່ແລະເລເຊີໃຫ້ຜົນຜະລິດສູງສຸດຂອງ 31 W ໃນ 1617 nm ໃນ beam ມີ M212.2 ສໍາລັບ 72 W ຂອງພະລັງງານບີບບັງຄັບ.

4Summary

ການປະຕິບັດງານຂອງວົງຈອນ hybrid ໃນຂຸມ Pumped: YAG lasers ຢູ່ 1617 nm ຢູ່ໃນລະດັບພະລັງງານສູງໃນຄື້ນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງຫຼືໃນວິທີການປ່ຽນ Q - ການປ່ຽນແປງແມ່ນມີຄວາມທ້າທາຍຫຼາຍກ່ວາສໍາລັບການດໍາເນີນງານໃນສາຍ 1645 nm ທີ່ຄຸ້ນເຄີຍຫຼາຍ. ຜົນໄດ້ຮັບຂອງພວກເຮົາຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າການໂຫຼດດ້ວຍຄວາມຮ້ອນເນື່ອງຈາກຄວາມຮ້ອນທີ່ກໍານົດໄວ້ໃນລະດັບຄວາມກັງວົນແລະການປ່ຽນແປງພະລັງງານ - ການໂອນໄຟຟ້າແລະການເພີ່ມຂື້ນຂອງອຸນຫະພູມແລະສູນເສຍການສູນເສຍການສູນເສຍໃຫມ່ແມ່ນເຫດຜົນຕົ້ນຕໍ. ພວກເຮົາສະຫຼຸບວ່າການໃຊ້ລະດັບ doping Er3 + ຕ່ໍາແລະການຄຸ້ມຄອງຄວາມຮ້ອນທີ່ມີປະສິດທິພາບແມ່ນສໍາຄັນຕໍ່ການຂະຫຍາຍໄຟຟ້າໃນການປ່ຽນແປງນີ້. ການນໍາໃຊ້ກົນໄກການຂະຫຍາຍໄຟຟ້າແບບງ່າຍດາຍນີ້ພວກເຮົາໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນກ່ຽວກັບ Er: YAG laser, ຖືກ pumped ໂດຍພະລັງງານສູງ Er, Yb ເສັ້ນໃຍເສັ້ນໄຍທີ່ 1532 nm, ມີພະລັງງານຜົນຜະລິດຄື້ນຕໍ່ເນື່ອງ 31 W ໃນ 1617 nm ສໍາລັບ 72 W ຂອງພະລັງງານບີບບັງຄັບໃຊ້ ແລະມີປະສິດທິພາບທີ່ມີຄວາມຫນາແຫນ້ນປະມານ 47%. ການຂະຫຍາຍໃຫຍ່ຂື້ນຂອງພະລັງງານຜົນຜະລິດແລະການຂະຫຍາຍໄປສູ່ໂຫມດ Q-switched ການເຮັດວຽກອາດຈະໄດ້ຮັບຜົນປະໂຫຍດຈາກການໃຊ້ລະດັບ doping erbium ຕ່ໍາກວ່າ.

  ການຮັບຮູ້

  ວຽກງານນີ້ໄດ້ຮັບການສະຫນັບສະຫນູນຈາກສູນພັດທະນາເຕັກໂນໂລຢີປ້ອງກັນຄວາມໄວສູງ (EMRS), ເຊິ່ງກໍ່ຕັ້ງໂດຍກະຊວງປ້ອງກັນປະເທດອັງກິດ.