Достигнут значительный прогресс в повышении эффективности работы волоконных лазеров с легированием тулием 

Достигнут значительный прогресс в повышении эффективности работы волоконных лазеров с легированием тулием

Недавно Лазерный центр Ганновера (LZH) в Германии добился значительного успеха в рамках промышленного исследовательского проекта, успешно повысив рабочие характеристики волоконных лазеров с легированием тулием с помощью инновационного технологического процесса. Это достижение открывает путь к более широкому применению таких лазеров в различных областях, в частности в медицине.

Проект под названием «DECOMP» реализовывался совместно центром LZH, немецким стартапом Futonic Solutions и корейскими партнерами при финансовой поддержке европейской программы Eurostars. Исследовательская группа применила технологию обработки CO2-лазером для структурирования ключевых фотонных компонентов, что позволило существенно повысить эффективность оптической связи (согласования) между волокном диода накачки и оболочкой самого лазерного волокна.

Такая конструкция позволяет волоконному лазеру с легированием тулием стабильно работать на уровнях мощности, значительно превышающих общепринятые стандарты, достигая выходной мощности в киловаттном диапазоне на длине волны 2 мкм. Этот прорыв позволяет преодолеть существующие технологические ограничения.

Хотя на рынке уже представлено множество моделей тулиевых лазерных источников, по-прежнему ощущается дефицит продукции, которая одновременно обеспечивала бы высокое качество лазерного пучка, киловаттный уровень мощности и высокую надежность при работе в режиме квазинепрерывной генерации (QCW). Для решения этой задачи проектная группа использовала запатентованную методику обработки CO2-лазером — разработанную центром LZH независимо друг от друга, — позволяющую выполнять прецизионную обработку волокон с тройной оболочкой. С помощью этой методики исследователи выборочно удаляли локальные участки самой внешней стеклянной оболочки волокна, создавая тем самым боковой канал доступа к оболочке накачки.

Кроме того, команда разработала устройство для отвода мод оболочки (стриппер); применяя структурирование CO2-лазером к волокну с тройной оболочкой, им удалось эффективно отводить не поглощенное излучение накачки из волоконной системы.

Экспериментальные результаты продемонстрировали, что изготовленный ответвитель сигнала и накачки обеспечивает среднюю эффективность связи на уровне 90,1 ± 2,5% при входной мощности, достигающей 475 Вт; при этом текущие ограничивающие факторы обусловлены, главным образом, доступной мощностью накачки. В LZH отметили, что достигнутый уровень эффективности сопоставим с передовыми показателями современных стандартных волоконных ответвителей и представляет собой особенно значимое новое достижение в контексте технологий, использующих волокна с тройной оболочкой. Исследовательская группа заявила: «Низкий уровень оптических потерь свидетельствует о том, что данный компонент способен функционировать даже при более высоких уровнях мощности, что открывает перспективы для достижения целевого класса мощности в 1 кВт». Что касается стриппера мод оболочки, то команде удалось добиться эффективности вывода излучения, превышающей 20 дБ, при оптической мощности, достигающей 250 Вт.

Тем временем партнер проекта — компания Futonic — недавно официально представила волоконный лазер с тулиевым легированием и воздушным охлаждением, разработанный для применения в медицине и работающий на длине волны 1,94 мкм. В компании отметили: «Этот лазер обеспечивает пиковую мощность до 1200 Вт в режиме квазинепрерывной генерации (QCW) и выходную мощность 120 Вт в непрерывном режиме, представляя собой компактную и надежную платформу для задач, требующих точного контроля энергии, высокой стабильности импульсов и эффективной системной интеграции».

Сообщается, что рабочая длина волны 1,94 мкм находится в непосредственной близости к пику поглощения воды; следовательно, тулиевые лазеры особенно хорошо подходят для медицинских процедур, связанных с воздействием на биологические ткани с высоким содержанием воды. В частности, одной из ключевых областей применения этой технологии в урологии является лечение камней в почках.