Nylig har et forskerteam fra Institutt for romfart og astronautisk laserteknologi og -systemer, Shanghai Institute of Optics and Precision Machinery (SIPM), Chinese Academy of Sciences (CAS) og Wang Zhijiang Laser Innovation Center (WZLIC), gjort fremskritt innen prediksjon av strålekvalitet for høyeffekt thulium-dopet fiberlasere og forbedring av fusjonsbindingskvalitet. De relaterte forskningsresultatene er oppsummert som "Beam quality prediction for Tm-doped fiber system based on finite-difference beam propagation method" og "Influence of pedestal fiber laser". "Influence of pedestal fiber splice on Tm-doped fiber laser performance" ble publisert i henholdsvis Physica Scripta og IEEE Photonics Journal.
Høyeffekt thulium-dopet fiberlasere (TDFL) med bølgelengder i området 1900~2100 nm har brede bruksmuligheter innen biomedisin, plastbehandling, LIDAR, absorpsjonsspektroskopidiagnostikk og mid-infrarøde laserpumpekilder. Ved høy effekt forårsaker termisk avsetning på grunn av kvantetap mer alvorlige termisk induserte brytningsindeksendringer inne i den aktive fiberen, og påvirker dermed kvaliteten på utgangsstrålen. Hvordan man balanserer de mange designparametrene til høyeffekt thulium-dopet fiberlasere, forutsier og forbedrer laserutgangsytelsen og oppnår høy strålekvalitet er et presserende problem.
I dette arbeidet, for aktive fibre med komplekse brytningsindekser og forskjellige bøyningsradier, simulerte forskerne stråletransporten inne i en laser med gitte parametere ved hjelp av finite-difference beam transport method (FD-BPM), og ga utgangsstrålekvaliteten til laser basert på prediksjonen av profilen til det endelige utgangspunktet. Sammenligning av de numeriske beregningsresultatene av strålekvalitet for forskjellige lasereffekter med typiske eksperimentelle studieresultater avslører at avviket til de predikerte resultatene fra de eksperimentelle resultatene er mindre enn 10 %, og verifiserer dermed nøyaktigheten til den etablerte prediksjonsmodellen for strålekvalitet.
I mellomtiden, gjennom numerisk simulering og eksperimentell utforskning, analyserte forskerne påvirkningen av fusjonsskjøtekvaliteten til thulium-dopet fiber basert på utgangsytelsen til laseren, og realiserte høyytelsen og den stabile utgangen til 1940 nm thulium- dopet fiberlaser med en effekt på 202 W gjennom simulering av fusjonsskjøteparameteren og optimalisering av fusjonsspleisingsprosessen: den optisk-til-optiske konverteringseffektiviteten ble økt fra 39,6 % til 48,4 %, og strålekvaliteten ble økt fra M2x =10.55, M2y=11.89 to M2x=2.17, M2y=2.26. Denne studien gir teoretisk veiledning for design av TDFL-er med høy effekt og høy strålekvalitet.
