Modelování a optimalizace dvouplášťových vláknových laserů dopovaných ionty thulia

Abstract

Práce je věnována studiu kontinuálních vláknových laserů s dvouplášťovým aktivním vláknem dopovaným ionty thulia ve snaze nalézt a aplikovat způsoby, jak zvýšit jejich účinnost. Pozornost je věnována zejména vlivu parametrů rezonátoru a chlazení, resp. teploty aktivního vlákna na výstupní charakteristiky laseru. V rámci práce byl naprogramován matematický numerický model thuliového vláknového laseru, díky němuž lze tyto a mnohé další vlivy simulovat a jež vykazuje značnou shodu s experimentálním pozorováním. V experimentální části práce byly testovány různé metody chlazení několika sestavených laserů a zejména byl sestaven a zoptimalizován kontinuální thuliový vláknový laser čerpaný přes plášť diodově na vlnové délce 790 nm, který generuje jednovidový svazek s vlnové délkou 1938 nm, s výkonem 15 W a diferenciální účinností až 65 %.

This thesis investigates continuous-wave thulium-doped fiber lasers with double-clad active fiber and seeks ways to improve their efficiency. Greatest attention is paid to the impact of resonator parameters and means of cooling of active fiber on laser output characteristics. With this goal in mind, a comprehensive numerical model of thulium fiber laser was developed and utilized for simulations which have shown substantial agreement with experimental observation. Several cooling methods were tested experimentally with various active fibers. Most importantly, a cladding-pumped thulium-doped fiber laser with wavelength of 1938 nm was assembled. After optimization, the laser generates a diffraction-limited beam with output power of 15 W and slope efficiency of 65 %.