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モードコントロールでLP01かLP11を選択し1.4kWファイバレーザ実現

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April, 2, 2021, Shanghai--上海技術物理研究所(SIOM)と中国科学アカデミ(CAS)は、ハイパワー横モード制御レーザシステムを研究することで、モード制御によりLP01かLP11を選択する1.4 kWレベルファイバレーザシステムを実現した。研究成果は、IEEE Journal of Lightwave Technologyに発表された。

ラージモードエリア(LMA) Ybドープファイバ(YDF)ベースのハイパワーファイバレーザは、優れたパワー変換効率とパワー安定性のために、様々な領域で、研究と応用価値が高い。

しかし、LMA-YDFのV値は2.4を超えるので、様々な横モードがファイバコアに共存する。横モード不安定性(TMI)が生ずると、ファイバレーザの出力増強を制限する。これは、ハイパワーと強励起条件下の熱効果によるものである。LMAファイバの異なる横モードが、制御により個別に励起できると、TMIが抑制できるだけでなく、単一の横モード、あるいはその重ね合わせが選択的に放出可能となる。これは、多くの特別な状況で適用可能である。

研究でチームは、サポートされたモードを制限するために主増幅器のアクティブファイバを巻いた。高次モードの損失は、LP01とLP11モードを除いて増加する。1.4kWファイバレーザは、複数モードで得られる。LP01とLP11モトードの強度分布に基づいて、出力ビームの中心強度が検出され、異なるモードを区別するメリット関数として設定される。高速FPGAを使ってSPGDアルゴリズムをロードし、モードコントローラを駆動するために4チャネルフィードバック電圧信号を生成する。

その結果、モードコントローラ内部の圧電アクチュエータ(PZT)がファイバを圧縮して、横モード比を変える。これらのモードが主増幅器に注入されると、選択的横モードが励起され、増幅器のモード競合により、個別にスケールされる。LP01モードが生まれるのは、SPGDアルゴリズムが最大値を探し、LP11モードの最小値を探している時である。赤外カメラで捕らえられた光強度分布が、分解され、解析されるときに、両方の状況で、光から光への効率は、LP01 とLP11でそれぞれ85.8% と 84.1%である。2つのモード間の変換効率は、99.5%に達する。著者たちが知る限りでは、これは、制御可能横モードで初の1.4kWレベルファイバレーザ達成である。このレーザは、光ピンセット、原子トラッピング、レーザ微細加工などのアプリケーションで極めて有望である。さらに、高帯域アクティブモード制御技術はは、ファイバレーザにおけるTMI研究に好条件を提供する。
(詳細は、http://english.siom.cas.cn)