İterbiyum katkılı yüksek güçlü fiber lazer üretimi

Abstract

İterbiyum katkılı fiber lazerler sahip oldukları; yüksek ışın kalitesi, düşüküretim/bakım maliyeti, çevre şartlarından (sıcaklık, nem, pertürbasyon, vb.) minimumetkilenme gibi özellikler sayesinde bilimden endüstriye, savunma sanayiinden sağlıksektörüne kadar pek çok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bilimsel araştırmalarve medikal uygulamalar için düşük güçlü lazerler (mW) yeterli olsa da metal işlemegibi endüstriyel alanlar ve savunma sanayisi için kW mertebesinde optik güce ihtiyaçduyulmaktadır. Bu durum fiber lazerlerle elde edilebilecek güç baremlerinin her geçengün biraz daha artırılması talebini doğurmuştur.Bu tezin konusu 1070 nm dalga boyunda ve sürekli modda ışıma yapan, 1 kWçıkış gücüne sahip tamamen fiber tümleşik bir İterbiyum fiber lazer sisteminingeliştirilmesidir. Bu fiber lazerin üretimi sırasında 915 nm dalga boyunda ışıma yapan40 W çıkış gücüne sahip 36 adet pompalama diyotu çift taraflı pompalama yaklaşımıile kullanılmıştır. Aktif ortam olarak İterbiyum katkılı 20/400 μm aktif fiberkullanılmıştır. Çalışma sonucunda sisteme gönderilen toplam pompalama gücü 1440W ve geliştirilen fiber lazerin çıkış gücü 1010 W olarak ölçülmüş ve sistemin optikverimi ≥%70 olarak kaydedilmiştir. Geliştirilen yüksek güçlü fiber lazer 1070 nmdalga boyunda ışıma yapmaktadır. Sistemin çıkış gücü, pompalama ışığını sistemeiletmek için kullanılan fiber birleştiricinin (combiner) taşıyabileceği güç ile sınırlıdır.Daha yüksek güçleri taşıyabilen fiber birleştiriciler geliştirildiğinde, aynı yaklaşımkullanılarak (herhangi bir termal ya da optik problem gözlenmeksizin) çok dahayüksek güçlere ulaşabileceğine inanılmaktadır.

Fiber laser has a wide application range, such as medical applications, industry,defense and scientific purposes, thanks to their good beam quality, low production andmaintenance cost. Furthermore, fiber lasers are not affected by environmentalconditions like temperature, humidity, perturbation and so on. Although lower powerlevels (mW) are enough for medical and scientific purposes, defense and industrialapplications require kW range optical power. This situation has led to increasingdemand increasing the power scale that can be achieved with fiber lasers day by day.The aim of this study is to produce an all-fiber, continuous wave, 1 kWYtterbium doped fiber laser. 36 pieces pump diodes, which have 915nm wavelengthand 40 W output power, were used during the production process. Ytterbium doped20/400m active fiber was used as active medium. The total pump power and outputpower of the fiber laser was measured as 1440 W and 1010 W, respectively. The slopeefficiency of the system is about %70 and the wavelength is 1070 nm. The outputpower of the system is limited by the handling capacity of the pump combiner. It isbelieved that when higher power level combiners will be available, the higher powerfiber lasers can be produced without neither thermal nor optical problems.