Transverse mode instability in high-power ytterbium doped fiber ampliers

摘要

De seneste par årtier har bragt en imponerende vækst i udgangseffekten af sjælden-jordartsmetal doterede fiberlasere- og forstærkere, og kW middeleffekt er opnået i både CW og pulsede systemer. Som følge heraf er termiske effekter pga. kvantedefekt opvarmning begyndt at påvirke disse systemer negativt ved høj middeleffekt, på trods af deres fremragende varmespredningsegenskaber. Det er observeret at lysleder egenskaberne af stor-kerne fiberforstærkere ændres når effekten øges, og et mode-ustabilitetsfænomen, som forværrer den ellers næsten diffraktionsbegrænsede strålekvalitet af fiberforstærkere betragtligt, er for nyligt blevet opdaget. Sidstnævnte effekt har modvirket yderligere opskalering af fiberlaseres effekt, eftersom mode-ustabiliteten sætter ind når middeleffekten overstiger en bestemt grænse.Formålet med forskningen præsenteret i denne afhandling er at skabe en teoretisk forståelse af termo-optiske effekter i højeffekt ytterbium-doterede fiberforstærkere, med et særligt fokus på forståelsen af førnævnte modeustabilitetsfænomen. To hovedfremgangsmåder til problemet er blevet benyttet. Den første er udviklingen af en numerisk model, baseret på den såkaldte “beam propagation method”, og den anden er ved formuleringen af en kobletmode model af termisk induceret mode-ustabilitet. Førstnævnte er brugt til at studere effekten af kvantedefekt opvarmning på fiberens lysleder egenskaber, mens sidstnævnte giver en simplificeret beskrivelse af mode-ustabilitet. Det vil blive vist at denne model er istand til at forklare de fleste af de eksperimentelt observerede kvalitative egenskaber ved mode-ustabilitetsfænomenet, på trods af de anvendte approksimationer.