High-faiv fab fiber ntau lasers ua cov cuab yeej tseem ceeb hauv kev tshawb fawb, kev lag luam, thiab kev tiv thaiv daim ntawv thov. Qhov teeb meem tseem ceeb rau kev ntsuas lub zog ntawm ib zaug -frequency fiber laser amplifiers yog stimulated Brillouin scattering (SBS). Thaum lub hwj chim kho qhov muag tshaj qhov pib ntawm SBS, lub teeb rau pem hauv ntej - kis tau tus mob lub teeb pom kev zoo siab rov qab Stokes teeb. Qhov no tsis yog tsuas yog depletes lub zog ntawm lub twj tso kua mis thiab txo cov zis efficiency tab sis kuj tseem tuaj yeem ua rau pem hauv ntej -kawg precision Cheebtsam. Ua kom cov tub ntxhais txoj kab uas hla ntawm fiber ntau thiab nthuav dav cov teeb liab spectrum tuaj yeem nce qhov pib ntawm SBS, yog li suppressing SBS teebmeem hauv ib zaug - zaus fiber ntau amplifiers. SBS tam sim no kev siv zog txo qis feem ntau nyob hauv ib qho -hom lossis ob peb- hom fiber ntau amplifiers nrog cov kab teeb pom kev zoo, ua rau nws nyuaj rau tib lub sijhawm kom ua tiav lub zog siab, nqaim kab dav, thiab siab - cov khoom siv hluav taws xob zoo. Daim ntawv no tshawb txog multimode fiber ntau (MMF) amplifier qhov twg SBS muaj kev cuam tshuam loj heev vim txo qhov kev siv kho qhov muag hauv cov tub ntxhais loj thiab nthuav dav ntawm Brillouin tawg spectrum tshwm sim los ntawm ntau hom kev zoo siab. Los ntawm kev siv spatial wavefront shaping rau lub teeb input ntawm lub nonlinear amplifier, cov zis beam yog tsom mus rau ib tug diffraction -limited qhov chaw, ua tau zoo zog (503 W), nqaim linewidth (1 kHz), thiab siab - zoo beam output .
Daim duab 1 Schematic ntawm kev sim kho qhov muag teeb
Daim duab 1 qhia txog kev teeb tsa kho qhov muag ntawm txoj kev tshawb no. Noob lub teeb ntawm 1064 nm wavelength undergoes ua ntej - amplification thiab beam expansion nyob rau hauv ib zaug - hom fiber ntau ua ntej nws wavefront theem yog modulated los ntawm ib tug spatial light modulator (SLM). Lub teeb liab modulated yog thawj zaug ua ke rau hauv passive multimode fiber ntau, ua ke nrog lub teeb lub teeb, thiab tom qab ntawd nthuav dav hauv Yb-doped multimode nce fiber ntau txhawb 76 hom. Tom qab amplification, lub teeb liab lub teeb nkag mus rau hauv txoj kev ntsuas rau kev ntsuas tsis xws li lub zog, spectrum, linewidth, focal chaw, thiab theem. Txoj kev tshawb no tshawb xyuas SBS cov yam ntxwv hauv ntau hom fibers. Cov txiaj ntsig tau qhia tias qhov pib ntawm SBS (qhov siab tshaj plaws uas tsis muaj SBS tiam) hauv MMF yog qhov siab dua nyob rau hauv ib qho - hom fiber ntau. Cov txiaj ntsig simulation qhia tau hais tias rau MMF siv (tub ntxhais txoj kab uas hla 42 μm), SBS qhov pib yog kwv yees li 24 W thaum tsuas yog hom qauv zoo siab, uas yog 8 npaug siab dua li ntawm 15 μm txoj kab uas hla ib zaug - hom fiber ntau. Vim tsis muaj kev sib txuas hauv cov fiber ntau, MMF tsis tuaj yeem ua tiav hom kev zoo siab. Kev ntsuas qhia SBS qhov pib ntawm 59 W nyob rau hauv ob peb-mode excitation thiab 97 W nyob rau hauv ntau-mode excitation hauv MMF, raws li qhia hauv daim duab 2(A).
Daim duab 2 (A) SBS qhov chaw pib nyob rau hauv ib qho - hom thiab multimode fibers; (B) SBS tau txais txiaj ntsig zoo rau qhov tseem ceeb thiab kev txhawb nqa ntau hom hauv MMF
Daim ntawv no tsim ib qho kev tshawb fawb semi- tsom xam rau SBS hauv MMF amplifiers, tshuaj xyuas qhov sib txuas ntawm cov teeb liab sib txawv thiab Stokes lub teeb kom tau txais cov txiaj ntsig sib luag ntawm SBS nce coefficients. Qhov kev xav no qhia tau tias SBS nce coefficient nyob rau hauv multimode excitation tej yam kev mob nyob rau hauv MMF yog qis dua nyob rau hauv ib zaug xwb -mode excitation scenario. Multimode excitation hauv MMF tau nthuav dav SBS nce spectrum, txo qhov nce siab, thiab ua tiav qhov nce hauv SBS qhov pib, raws li pom hauv daim duab 2(B). Vim qhov kev nthuav tawm rov qab ntawm Stokes lub teeb, qhov ntev MMF ntev ua rau SBS nce ntau dua thiab qhov sib npaug qis dua. Cov kev sim qhia tau hais tias lub teeb lub twj tso kua mis yog depleted nyob rau hauv kwv yees li 6 m. Los ntawm kev txo qhov ntev ntawm cov fiber ntau thiab ntsuas qhov pib ntawm SBS, cov txiaj ntsig tau qhia tias qhov pib ntawm SBS yog inversely proportional rau qhov ntev ntawm MMF. Ntawm MMF ntev ntawm 3.7 m, lub amplifier ua tiav qhov siab tshaj plaws SBS qhov pib (piv txwv li, lub zog tso zis siab tshaj plaws) ntawm 503 W, uas yog tsib npaug ntawm SBS qhov pib (qhov txiaj ntsig ntawm kev xam pom) rau qhov tseem ceeb hom excitation ib leeg.
Daim duab 3 Kev sib raug zoo ntawm qhov ntev ntawm MMF thiab SBS qhov pib; inset: tso zis focal chaw siv zog piv rau theem
Txhawm rau tswj MMF cov zis, qhov kev tshawb fawb no tau hloov kho lub wavefront theem siv lub spatial light modulator (SLM) ua ntej lub teeb liab nkag mus rau MMF. Qhov kev hloov pauv tau npog tag nrho cov tswv yim aperture ntawm MMF. Hauv qhov kev hloov pauv no, cov pixels tau muab faib ua 256 macropixels. Pib los ntawm lub hauv paus pixel, theem ntawm txhua pixel tau raug tshuaj xyuas nyob rau hauv tus qauv kauv kom ua tiav cov txiaj ntsig zoo ntawm lub dav hlau focal. Raws li kev cuam tshuam ntawm wavefront theem tswj, kev cuam tshuam tshwm sim ntawm cov qauv sib txawv hauv MMF, ua rau siab - qhov chaw zoo ntawm cov khoom siv focal dav hlau. Qhov chaw siv thiab theem faib tau pom nyob rau hauv inset nyob rau sab xis saum toj ntawm daim duab 3, nthuav tawm cov kev siv zog thiab theem faib, qhia tias qhov chaw zoo ntawm lub dav hlau focal. Daim duab 4: Spots ntawm MMF focal dav hlau (A) thiab ntawm me ntsis defocused txoj hauj lwm (B, C); ntsuas qhov tso zis beam zoo (M2) (D)
Daim duab 4 qhia txog cov kab hluav taws xob ntawm lub dav hlau focal thiab hauv qab me ntsis defocusing (200, 400 μm). Kev ntsuas qhia qhov ua tau zoo ntawm 76% ntawm lub dav hlau focal, txhais tau tias 76% ntawm cov nqaj zog nyob hauv qhov focal ntau. Qhov ntsuas M2 qhov tseem ceeb hauv cov lus qhia x thiab y yog 1.05 thiab 1.35, raws li qhia tau hais tias lub teeb pom kev zoo. Cov txiaj ntsig tau pom tias theem kev hloov kho raws li SLM zoo txhim kho qhov chaw zoo ntawm lub dav hlau focal ntawm MMF cov zis.
Daim duab 5: Slope efficiency (A), tso zis spectrum (B), thiab linewidth (C) ntawm MMF amplifier [1]
Lub amplifier cov zis efficiency, spectrum, thiab linewidth kuj ntsuas. MMF amplifier ua tiav qhov kev ua haujlwm ntawm txoj kab nqes ntawm 82%, raws li qhia hauv daim duab 5(A), ua raws li kev kwv yees theoretical. Cov zis spectrum (Daim duab 5B) qhia tau hais tias lub teeb liab peak ntawm 1064 nm nrog ib tug txheeb ze ASE siv ntawm 52 dB, thaum sab laug - sab ncov sawv cev rau faint residual twj tso kua mis teeb liab. Vim qhov nqaim heev ntawm cov zis linewidth, cov pa spectrometers nyuaj los ntsuas nws. Yog li ntawd, heterodyne txoj kev tau ua hauj lwm los txiav txim siab cov tswv yim thiab cov zis linewidths. Lub MMF amplifier tsim nyob rau hauv qhov kev ua haujlwm no nthuav tawm cov zis linewidth ntawm 35 kHz (20-}dB) / 1 kHz (3-dB, piv txwv li, tag nrho qhov dav ntawm ib nrab siab tshaj), uas qhia tsis muaj qhov txawv ntawm qhov input linewidth. Nws zoo heev nyob rau hauv lub cev coherence ua tau raws li qhov yuav tsum tau rau precision interferometric ntsuas. Daim ntawv no tau piav qhia txog ntau hom fiber ntau SBS txoj kev xav xav txog lub twj tso kua mis depletion thiab nce saturation. Nws tawm tswv yim kev sib koom ua ke multimode fiber ntau amplification nrog wavefront theem hloov mus rau ib txhij ua tiav SBS tsub kom thiab tso zis qhov chaw optimization. Lub tsev tsim MMF amplifier ua haujlwm ntawm lub zog siab, kev ua haujlwm siab, thiab nqaim kab, ua kom muaj kev sib raug zoo. Cov thev naus laus zis no muaj peev xwm siv tau hauv cov kab sib txuas sib txuas, kev cuam tshuam loj loj, thiab cov tshuab hluav taws xob qhia.
Cov ntaub ntawv siv: [1] Stefan Rothe li al., Wavefront shaping enables siab -power multimode fiber amplifier nrog tso zis tsom. Science 390, 173–177 (2025).
