最近、中国科学院（CAS）上海光学精密機械研究所（SIPM）宇宙航行レーザー技術システム部と王志江レーザーイノベーションセンター（WZLIC）の研究チームは、高出力ツリウム添加ファイバーレーザーのビーム品質予測と融合接合品質の向上で進歩を遂げました。関連する研究結果は、「有限差分ビーム伝搬法に基づくツリウム添加ファイバーシステムのビーム品質予測」と「台座ファイバーレーザーの影響」としてまとめられています。「台座ファイバースプライスがツリウム添加ファイバーレーザーの性能に与える影響」は、それぞれPhysica ScriptaとIEEE Photonics Journalに掲載されました。
波長範囲が1900～2100nmの高出力ツリウム添加ファイバーレーザー（TDFL）は、バイオメディカル、プラスチック加工、LIDAR、吸収分光診断、中赤外線レーザーポンピングソースの分野で幅広い応用が期待されています。高出力では、量子損失による熱沈着により、アクティブファイバー内でより深刻な熱誘起屈折率変化が発生し、出力ビームの品質に影響を及ぼします。高出力ツリウム添加ファイバーレーザーの多くの設計パラメータのバランスを取り、レーザー出力性能を予測および改善し、高いビーム品質を実現する方法は、緊急の課題です。
本研究では、複雑な屈折率と異なる曲げ半径を持つアクティブファイバーについて、研究者らは有限差分ビーム輸送法（FD-BPM）によって与えられたパラメータでレーザー内部のビーム輸送をシミュレートし、最終出力スポットのプロファイルの予測に基づいてレーザーの出力ビーム品質を与えた。異なるレーザー出力に対するビーム品質の数値計算結果を典型的な実験研究結果と比較すると、予測結果と実験結果の偏差は10％未満であることが明らかになり、確立されたビーム品質予測モデルの精度が検証された。
一方、研究者らは数値シミュレーションと実験探究を通じて、ツリウム添加光ファイバーの融着接続品質がレーザーの出力性能に与える影響を深く分析し、融着接続パラメータのシミュレーションと融着接続プロセスの最適化を通じて、202Wの高性能で安定した出力を持つ1940nmツリウム添加光ファイバーレーザーを実現しました。光から光への変換効率は39.6%から48.4%に向上し、ビーム品質はM2x=10.55、M2y=11.89からM2x=2.17、M2y=2.26に向上しました。この研究は、高出力、高ビーム品質TDFLの設計に理論的なガイダンスを提供します。
