Новый самоадаптирующийся компонент решает проблему перегрева в мощных волоконных лазерах

Исследователи из немецкого института Fraunhofer IOF представили новую конструкцию устройства для удаления оболочечного излучения, которая решает ключевую проблему перегрева и позволяет преодолеть давний предел мощности в 1 киловатт для тулиевых волоконных лазеров.

Новая технология распределяет тепло по длине волокна при увеличении мощности, предотвращая повреждения и позволяя достичь рекордных показателей.

Тулиевые волоконные лазеры, работающие на длине волны 2 микрона, используются в медицине, обработке материалов и оборонной сфере. Несмотря на преимущества, их мощность более десяти лет была ограничена примерно 1 кВт из-за нелинейных эффектов и тепловыделения. Перспективный метод «inband pumping» (накачка в полосе) повышает эффективность, но создаёт новые требования к компонентам, особенно к устройствам для удаления оболочечного излучения.

Проблемы традиционных решений

Обычные CLS на основе полимеров сильно поглощают излучение на длине волны 2 мкм, что приводит к локальному перегреву и быстрому выходу из строя. Альтернативные решения сложны в изготовлении или плохо справляются с удалением света под малыми углами.

Самоадаптирующаяся конструкция

Как сообщается в журнале Advanced Photonics Nexus, новая CLS использует один материал с самоадаптирующимися свойствами. Его показатель преломления изначально чуть выше, чем у стекла, и снижается при нагреве. При низкой мощности устройство эффективно удаляет свет. С ростом мощности нагретые участки становятся менее эффективными, передавая оставшийся свет более холодным зонам, что равномерно распределяет тепло.

Это меняет правила игры для быстрых лабораторных экспериментов на средних мощностях, — говорит ведущий автор работы доктор Тилман Людер.

Рекордные результаты и перспективы

В ходе экспериментов команда продемонстрировала удаление более 20 Вт сигнального излучения на длине волны 2 мкм и до 675 Вт на 793 нм, что является рекордом для однокомпонентных CLS. Изгиб волокна дополнительно повышает эффективность. Хотя технология разрабатывалась для тулиевых лазеров, её можно адаптировать и для других систем, включая эрбиевые и иттербиевые лазеры.

Эта разработка открывает практический путь к созданию волоконных лазеров следующего поколения с более высокой мощностью и надёжностью.

Больше информации: Tilman Lühder et al, Index-adapting cladding light stripper for high-power thulium fiber lasers, Advanced Photonics Nexus (2025). DOI: 10.1117/1.apn.4.6.066005

Источник: SPIE