NUDT نے ٹیپرڈ Ytterbium-doped فائبر پر مبنی 20kW ہائی بیم کوالٹی لیزر آؤٹ پٹ حاصل کیا

ہائی پاور یٹربیئم ڈوپڈ فائبر لیزر (YDFL) کی طاقت بڑھانے کے لیے نان لائنر ایفیکٹ سپریشن اور موڈ کنٹرول موجودہ تکنیکی چیلنجز ہیں۔ YDF بنیادی قطر کو بڑھانا SRS کی حد کو بہتر بنانے کے لیے فائدہ مند ہے، لیکن یہ زیادہ مشکل ہائی آرڈر موڈ کنٹرول اور ہائی بیم کوالٹی کو حاصل کرنے میں دشواری کا باعث بنتا ہے۔ یکساں ڈبل کلیڈنگ ریشوں کے مقابلے میں، ٹیپرڈ ریشوں کے SRS دبانے اور موڈ کنٹرول کو متوازن کرنے میں کچھ خاص فوائد ہوتے ہیں۔ ٹیپرڈ فائبر کا چھوٹا کور ڈایا میٹر والا حصہ موثر موڈ کنٹرول حاصل کرنے کے لیے کور گائیڈنگ موڈز کی تعداد کو کم کر سکتا ہے، جب کہ بڑے کور ڈایا میٹر کا حصہ ایس آر ایس تھریشولڈ کو بہتر بنانے کے لیے کور پاور ڈینسٹی کو کم کرنے کے لیے موزوں ہے۔2022، نیشنل یونیورسٹی آف ڈیفنس یکساں ڈبل پوش ytterbium-doped فائبر پر مبنی ٹیکنالوجی (NUDT) نے 3.3.2023 کے بیم کوالٹی M2 فیکٹر کے ساتھ 20 کلو واٹ کی لیزر آؤٹ پٹ حاصل کی ہے، اور بیم کے معیار کو مزید بہتر بنانے کے لیے، ٹیم نے نظریاتی اور TYDF لیزر کا عملی مطالعہ، TAPered Ytterbium-doped Fiber (TYDF) لیزر نظریاتی اور تجرباتی تحقیق۔
تحقیقی پیشرفت
ایس آر ایس تھریشولڈ کو بہتر بنانے کے لیے، لیزر بیکورڈ پمپڈ ماسٹر آسکیلیٹر پاور ایمپلیفیکیشن (MOPA) ڈھانچہ اپناتا ہے، جیسا کہ تصویر 1 میں دکھایا گیا ہے۔ TYDF کی ترتیب سے موڈ فیلڈ اڈاپٹر (MFA)، ٹیلٹیڈ گریٹنگ (CTFBG)، اور کلیڈنگ آپٹیکل فلٹر (CPS 1) کے ذریعے۔ 1018 nm پمپ لائٹ کو TYDF کے بڑے سرے میں پسماندہ (6 + 1) × 1 کمبینر بیم (PSC) پمپنگ بازو کے ذریعے انجکشن کیا جاتا ہے۔ TYDF کے بڑے سرے میں انجکشن لگایا گیا۔ ایمپلیفائیڈ سگنل لائٹ کلیڈنگ آپٹیکل فلٹر (CPS 2) اور فائبر اینڈ کیپ (QBH) کے ذریعے آؤٹ پٹ ہوتی ہے۔ CPS 1 کی پگ ٹیل 30/250 μm ڈبل پوش توانائی کی منتقلی کا فائبر ہے۔ PSC، CPS 2 کے pigtails اور QBH تمام 48/400 μm ڈبل پوش توانائی کی منتقلی کے ریشے ہیں۔ TYDF کو نیشنل یونیورسٹی آف ڈیفنس ٹیکنالوجی (NUDT) نے آزادانہ طور پر ڈیزائن اور تیار کیا ہے۔ نیشنل یونیورسٹی آف ڈیفنس ٹیکنالوجی آزادانہ ڈیزائن اور TYDF کی ترقی کے اس کے چھوٹے بنیادی قطر کا علاقہ / 30/250 μm کے اندرونی cladding قطر، 48/400 μm کے کور / اندرونی cladding قطر کے بڑے کور قطر کے علاقے، بنیادی عددی یپرچر 0.066 کا، تقریباً 0.36 dB/m @ 1018 nm کا کلڈڈنگ جذب گتانک، چھوٹے کور قطر والے علاقے میں TYDF آپٹیکل فائبر، ٹاپراڈ ایریا، 15 میٹر، 30 میٹر، 15 میٹر کے بڑے کور قطر کے بنیادی قطر والے علاقے کی لمبائی . TYDF چھوٹے بنیادی قطر والے علاقے کی فائبر کی لمبائی، ٹاپرڈ ایریا، بڑے کور قطر والے علاقے، بالترتیب، TYDF کو فائبر واٹر کولڈ پلیٹ پر سرپل کوائلنگ کے ذریعے طے کیا جاتا ہے، اور کم از کم کوائلنگ قطر 25 سینٹی میٹر سے زیادہ ہے۔

شکل 1 20 کلو واٹ فائبر لیزر ڈھانچہ اسکیمیٹک ڈایاگرام
لیزر آؤٹ پٹ پاور کا تغیر تصویر 2(a) میں دکھایا گیا ہے۔ ایمپلیفائر کے بعد 1080 nm سیڈ لیزر آؤٹ پٹ پاور کا 200 W 160 W ہے۔ جب TYDF میں سب سے زیادہ پمپ کی طاقت 24.8 kW ہے، آؤٹ پٹ لیزر پاور 20.2 kW ہے، جو %80.8 کی مجموعی ڈھلوان کارکردگی کے مساوی ہے۔ سب سے زیادہ آؤٹ پٹ پاور پر سپیکٹرم تصویر 2(b) میں دکھایا گیا ہے، جہاں SRS دبانے کا تناسب 33 dB ہے اور کوئی واضح رمن لائٹ جزو نہیں ہے۔ مختلف طاقتوں پر شہتیر کے معیار کا M2 عنصر (120 ملی میٹر کے کولیمیٹر فوکل لینتھ کے ساتھ پرائمز LQM 200 سے ماپا جاتا ہے) تصویر 2(c) میں دکھایا گیا ہے۔ 13.5 کلو واٹ پر 2.18 کا M2 عنصر ایک ہی طاقت (M2=2.8) پر 48/400 μm یکساں فائبر کی بنیاد پر ٹیم 2022 کی پیمائش کے نتائج کے مقابلے میں ایک نمایاں بہتری ہے۔
چھوٹے لیزر اسپاٹ کی وجہ سے (LQM 200 واقعے کی جگہ کا قطر 15 ملی میٹر سے کم ہونا ضروری ہے)، آؤٹ پٹ پاور میں اضافے کے ساتھ، کولیمیٹر لینس کا تھرمل اثر تیز ہو جاتا ہے، جس کے نتیجے میں واضح طور پر توجہ سے باہر ہونے والے مرحلے میں خرابی اور جگہ کی خرابی ہوتی ہے۔ ، لہذا 20 کلو واٹ آؤٹ پٹ پاور پر M2 کی درست پیمائش فی الحال ممکن نہیں ہے۔ بیم کوالٹی کے عنصر کو بھی تجربہ میں بیم کوالٹی ماپنے والے آلے (GYM-100) کا استعمال کرتے ہوئے جانچا گیا جسے Hefei انسٹی ٹیوٹ آف فزیکل سائنسز، چائنیز اکیڈمی آف سائنسز نے "GJB 7367-2011 طریقہ کے مطابق تیار کیا ہے۔ ہائی انرجی لیزر بیم کے معیار کے عنصر کی پیمائش کے لیے"۔ لمبی فوکل لینتھ (190 ملی میٹر) کے ساتھ ایک بڑے اسپاٹ کولیمیٹر کے استعمال کی وجہ سے، پیمائش کے نتائج پر کولیمیٹر کے تھرمل اثر کے اثر کو ایک خاص حد تک کم کر دیا گیا۔ 13.5 kW کا عنصر 1.92 تھا، اور 20 kW پر ٹیسٹ کے نتائج تصویر 2(d) میں دکھائے گئے ہیں۔ فیکٹر کی کم از کم قدر 1.93 تھی، زیادہ سے زیادہ قدر 2.05 تھی، اور اوسط قدر 1.99 تھی 150 s پر۔ 13.5 کلو واٹ پر عنصر 1.99 تھا، اور 20 کلو واٹ پر اوسط قدر 1.99 تھی۔

تصویر 2 لیزر آؤٹ پٹ پاور اور ٹیسٹ کے نتائج
مستقبل کے امکانات
چونکہ -فیکٹر اور M2-فیکٹر کے درمیان کوئی درست تبدیلی کا طریقہ نہیں ہے، اس لیے 20 کلو واٹ پر M2-فیکٹر کی اصل قیمت فی الحال -فیکٹر ٹیسٹ کے نتائج سے اخذ نہیں کی جا سکتی۔ تاہم، 2022 میں ٹیم کے ذریعے 48/400 μm یکساں YDF پر مبنی 20 کلو واٹ لیزر کا موازنہ کرتے ہوئے (اسی ٹیسٹ سسٹم کی بنیاد پر -فیکٹر کی اوسط قیمت 2.94 ہے)، بیم کے معیار میں نمایاں بہتری آئی ہے۔ تجرباتی نتائج شہتیر کے معیار کو بہتر بنانے کے لیے ٹیپرڈ فائبر کی فزیبلٹی کی توثیق کرتے ہیں۔ فالو اپ کام میں، ٹیم پاور اور بیم کے معیار میں مزید بہتری حاصل کرنے کے لیے TYDF اور فائبر ڈیوائس کے ساختی پیرامیٹرز کو بہتر بنانا جاری رکھے گی۔