Naukowcy z Instytutu Optoelektroniki WAT we współpracy z naukowcami z Czeskiej Akademii Nauk w artykule opublikowanym w czasopiśmie „Journal of Lightwave Technology”, przedstawili wyniki prac badawczych dotyczących rozwijania technologii światłowodowych układów laserowych generujących promieniowanie o wysokiej mocy wyjściowej w zakresie widmowym 2 µm. Lasery wielkich mocy mogą znaleźć zastosowanie w badaniach podstawowych oraz broni skierowanej energii.
Badania realizowane były w ramach międzynarodowego projektu TALOS (Technical Advanced Laser Optical System) finansowanego przez Europejską Agencję Obrony. W projekcie brało udział 16 konsorcjantów i 4 powiązane strony trzecie z 9 krajów Unii Europejskiej (m.in. z Francji, Holandii, Niemiec, Włoch, Polski, Czech i Belgi). W Wojskowej Akademii Technicznej badaniami dotyczącymi światłowodowych układów laserowych kierował Prorektor ds. Rozwoju WAT, płk prof. dr hab. inż. Jacek Świderski.
Naukowcy z WAT uzyskali 441 W i 273 W mocy promieniowania laserowego generowanego w trybie ciągłym na długościach fali 2034 nm oraz 1940 nm w dwóch układach wzmacniaczy światłowodowych zbudowanych całkowicie w technologii światłowodowej (ang. all-fiber systems). Ośrodkiem aktywnym w układach eksperymentalnych był dwupłaszczowy światłowód tulowy wytworzony w Instytucie Fotoniki i Elektroniki Czeskiej Akademii Nauk w zespole dr Pavla Honzatko. Opracowane w laboratoriach Zakładu Techniki Laserowej WAT systemy laserowe, to dwa niezależne układy zbudowane w konfiguracji generator-wzmacniacz.
„Najpierw skonstruowaliśmy dwa wąskopasmowe, światłowodowe lasery tulowe małej mocy, które następnie zostały zastosowane jako generatory zadające do budowanych wzmacniaczy tulowych. W układzie wzmacniacza światłowód tulowy pompowany był promieniowaniem o długości fali ok. 790 nm emitowanym z diod laserowych. Do budowy systemu laserowego generującego promieniowanie o długości fali 2034 nm wykorzystaliśmy sumarycznie 42 diody pompujące pozwalające na dostarczenie ponad 1 kilowata mocy optycznej do światłowodu aktywnego” – mówi dr inż. Maria Michalska z Instytutu Optoelektroniki WAT.
Kluczem do budowy systemów laserowych dużej mocy i skalowania ich mocy wyjściowej, jest generacja promieniowania z wysoką sprawnością i minimalizacja efektów termicznych. W światłowodach tulowych możliwe jest uzyskanie wysokiej sprawności generacji promieniowania z zakresu widmowego 2 µm przy pompowaniu promieniowaniem o długości fali ok. 790 nm dzięki zjawisku relaksacji skrośnej (ang. cross relaxation), przy którym z jednego fotonu pompującego powstają dwa jony w stanie wzbudzonym.
„Zastosowanie przez zespół dr Pawła Honzatko w procesie wytwarzania światłowodów metodą MCVD (ang. Modified Chemical Vapor Deposition) domieszkowania nanocząstkami umożliwiło uzyskanie wysokiej koncentracji i jednocześnie jednorodnego rozkładu domieszek Al2O3 and Tm2O3 w rdzeniu światłowodu aktywnego, co pozwoliło na zwiększenie sprawności procesu cross-relaksacji i budowę systemów laserowych dużej mocy pracujących z wysoką sprawnością” – wyjaśnia dr inż. Maria Michalska.
Prace dotyczące skalowania mocy wyjściowej układów laserowych prowadzone są w wielu laboratoriach na całym świecie. Celem projektu było rozwijanie w ramach Unii Europejskiej technologii światłowodowych układów laserowych dużej mocy, generujących w zakresie widmowym 2 µm, które w wielu aplikacjach mają w przyszłości stanowić alternatywę dla powszechnie stosowanych i komercyjnie dostępnych laserów generujących promieniowanie o długości fali około 1 µm.
Wyniki badań ukazały się w czasopiśmie „Journal of Lightwave Technology” w artykule pt. „Thulium-doped 1940- and 2034-nm fiber amplifiers: Towards highly efficient, high-power all-fiber laser systems”. Współautorami artykułu są: dr inż. Maria Michalska, dr inż. Paweł Grześ, płk prof. dr hab. inż. Jacek Świderski z Instytutu Optoelektroniki WAT oraz dr Pavel Honzatko, dr Michal Kamrádek, dr Ondřej Podrazký i dr Ivan Kašík z Instytutu Fotoniki i Elektroniki Czeskiej Akademii Nauk.
Artykuł otrzymał 140 punktów MEiN, wskaźnik cytowań dla czasopisma „Journal of Lightwave Technology” (IF) to 4.7.
Marcin Wrzos
fot. Jacek Świderski