Di recente, un team di ricerca del Department of Space and Astronautical Laser Technology and Systems, Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM), Chinese Academy of Sciences (CAS) e Wang Zhijiang Laser Innovation Center (WZLIC), ha fatto progressi nella previsione della qualità del fascio per laser a fibra drogati al tulio ad alta potenza e nel miglioramento della qualità del fusion bonding. I risultati della ricerca correlati sono riassunti come "Beam quality prediction for Tm-doped fiber system based on finite-difference beam propagation method" e "Influence of pedestal fiber laser". "Influence of pedestal fiber splice on Tm-doped fiber laser performance" sono stati pubblicati rispettivamente su Physica Scripta e IEEE Photonics Journal.
I laser a fibra drogati al tulio ad alta potenza (TDFL) con lunghezze d'onda nell'intervallo di 1900~2100 nm hanno ampie prospettive di applicazione nei campi della biomedicina, della lavorazione delle materie plastiche, del LIDAR, della diagnostica della spettroscopia di assorbimento e delle sorgenti di pompaggio laser a medio infrarosso. Ad alta potenza, la deposizione termica dovuta alla perdita quantica causa cambiamenti più gravi dell'indice di rifrazione indotti termicamente all'interno della fibra attiva, influenzando così la qualità del fascio di uscita. Come bilanciare i numerosi parametri di progettazione dei laser a fibra drogati al tulio ad alta potenza, prevedere e migliorare le prestazioni di uscita del laser e ottenere un'elevata qualità del fascio è un problema urgente.
In questo lavoro, per fibre attive con indici di rifrazione complessi e diversi raggi di curvatura, i ricercatori hanno simulato il trasporto del fascio all'interno di un laser con parametri dati dal metodo di trasporto del fascio a differenze finite (FD-BPM) e hanno fornito la qualità del fascio di uscita del laser in base alla previsione del profilo del punto di uscita finale. Il confronto dei risultati del calcolo numerico della qualità del fascio per diverse potenze laser con i tipici risultati di studi sperimentali rivela che la deviazione dei risultati previsti dai risultati sperimentali è inferiore al 10%, verificando così l'accuratezza del modello di previsione della qualità del fascio stabilito.
Nel frattempo, attraverso la simulazione numerica e l'esplorazione sperimentale, i ricercatori hanno analizzato in modo approfondito l'influenza della qualità della giunzione a fusione della fibra drogata al tulio in base alle prestazioni di uscita del laser e hanno realizzato l'uscita stabile e ad alte prestazioni del laser a fibra drogata al tulio da 1940 nm con una potenza di 202 W attraverso la simulazione del parametro di giunzione a fusione e l'ottimizzazione del processo di giunzione a fusione: l'efficienza di conversione ottico-ottica è stata aumentata dal 39,6% al 48,4% e la qualità del fascio è stata aumentata da M2x=10.55, M2y=11.89 a M2x=2.17, M2y=2.26. Questo studio fornisce una guida teorica per la progettazione di TDFL ad alta potenza e alta qualità del fascio.
