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

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)