Волоконные лазеры на тулии, работающие на длине волны 2 микрометра, ценятся за применение в медицине, обработке материалов и обороне. Их большая длина волны делает паразитный свет менее разрушительным по сравнению с более распространёнными лазерами на итербии с длиной волны 1 микрометр.
Однако, несмотря на это преимущество, мощность тулиевых лазеров на протяжении более десяти лет остаётся на уровне около 1 киловатта, что ограничено нелинейными эффектами и накоплением тепла. Одним из перспективных подходов для преодоления этого барьера является внутриполосная накачка — переход с диодной накачки на 793 нм на лазерную накачку на 1,9 мкм. Этот метод повышает эффективность и снижает тепловыделение, но ставит новые задачи перед волоконными компонентами, особенно перед устройствами для удаления света в оболочке волокна (CLS).
Устройства CLS
Устройства CLS удаляют нежелательный свет, распространяющийся во внешней оболочке волокна, который в противном случае ухудшает качество луча и может повредить компоненты. Для тулиевых лазеров с внутриполосной накачкой CLS должны выдерживать высокие мощности на длинных волнах. Обычные конструкции CLS на основе полимеров здесь неэффективны: большинство полимеров сильно поглощают на длине волны 2 мкм, вызывая интенсивный локальный нагрев и быстрое перегорание уже при нескольких ваттах.
Альтернативы, такие как травлёные или обработанные лазером волокна, могут выдерживать более высокие мощности, но им сложно удалять свет с малым углом падения — критическая проблема для лазерных накачек. Существуют конструкции CLS из нескольких материалов, выравнивающие слои с увеличением показателя преломления вдоль волокна для распределения тепла, но они сложны и трудны в реализации.
Новое решение
Как [сообщается](https://www.spiedigitallibrary.org/journals/advanced-photonics-nexus/volume-4/issue-06/066005/Index-adapting-cladding-light-stripper-for-high-power-thulium-fiber/10.1117/1.APN.4.6.066005.full) в Advanced Photonics Nexus, исследователи из Fraunhofer IOF в Германии разработали более простое решение: однородный CLS с самоадаптивным поведением.
Показатель преломления материала начинается немного выше, чем у стекла, и уменьшается с повышением температуры благодаря сильному отрицательному термооптическому коэффициенту. При низкой мощности CLS эффективно удаляет свет. С увеличением мощности нагретые участки становятся менее эффективными, пропуская оставшийся свет в более холодные области. Это распределяет тепло по длине волокна, а не концентрирует его в начале, предотвращая катастрофический перегрев.
«Это меняет правила игры для быстрых лабораторных экспериментов при средних мощностях», — говорит ведущий автор доктор Тильман Людер.
Результаты
Опираясь на моделирование и эксперименты, команда продемонстрировала концепцию на волокнах диаметром 125 мкм и 400 мкм для всех релевантных длин волн тулия. Результаты показывают более 20 Вт удалённого сигнального света на 2 мкм и до 675 Вт на 793 нм, установив новый рекорд для однокомпонентных конструкций CLS. Изгиб волокна дополнительно повышает производительность, достигая эффективности удаления более 40 дБ. Хотя конструкция разработана для тулиевых лазеров, этот подход адаптируем: путём настройки показателя преломления он может служить другим системам, включая эрбиевые (1,5 мкм) и итербиевые (1 мкм) лазеры.
Эта технология может помочь преодолеть давний потолок мощности для тулиевых волоконных лазеров, особенно в архитектурах с внутриполосной накачкой. Обеспечивая надёжное, высокоэффективное удаление на сложных длинах волн, конструкция группы Fraunhofer предлагает практичный, масштабируемый путь к созданию волоконных лазерных систем следующего поколения.
Предоставлено [SPIE](https://phys.org/partners/spie/)
reported in Advanced Photonics Nexus, researchers at Fraunhofer IOF in Germany have developed a simpler solution: a single-material CLS with self-adapting behavior.»,»The material’s refractive index starts slightly above that of glass and decreases as temperature rises, thanks to a strongly negative thermo-optical coefficient. At low power, the CLS strips light efficiently. As power increases, the heated sections become less effective, passing remaining light to cooler regions. This spreads heat along the fiber length instead of concentrating it at the start, preventing catastrophic overheating.»,»\»This is a game-changer for quick lab experiments at medium powers,\» says lead author Dr. Tilman Lühder.»,»Backed by simulations and experiments, the team demonstrated the concept on fibers of 125 µm and 400 µm diameter for all relevant thulium wavelengths. Results show over 20 W of stripped signal light at 2 µm and up to 675 W at 793 nm, setting a new record for single-material CLS designs. Bending the fiber further boosts performance, achieving stripping efficiencies above 40 dB. Although designed for thulium lasers, the approach is adaptable: by tuning the refractive index, it can serve other systems, including erbium (1.5 µm) and ytterbium (1 µm) lasers.»,»This technology could help overcome the long-standing power ceiling for thulium fiber lasers, especially in inband-pumped architectures. By enabling robust, high-efficiency stripping at challenging wavelengths, the Fraunhofer team’s design offers a practical, scalable path toward next-generation fiber laser systems.»,»\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tProvided by\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\tSPIE\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t»,»\n\t\t\t\t\t\t\tMore from Optics\n\t\t\t\t\t\t «]’>Источник