Gần đây, một nhóm nghiên cứu từ Khoa Công nghệ và Hệ thống Laser Không gian và Du hành vũ trụ, Viện Quang học và Máy móc chính xác Thượng Hải (SIPM), Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) và Trung tâm Đổi mới Laser Vương Chí Giang (WZLIC) đã đạt được tiến bộ trong dự đoán chất lượng chùm tia cho laser sợi pha tạp thulium công suất cao và nâng cao chất lượng liên kết hợp nhất. Các kết quả nghiên cứu liên quan được tóm tắt là "Dự đoán chất lượng chùm tia cho hệ thống sợi pha tạp Tm dựa trên phương pháp truyền chùm tia sai phân hữu hạn" và "Ảnh hưởng của laser sợi bệ". "Ảnh hưởng của mối nối sợi bệ đến hiệu suất laser sợi pha tạp Tm" đã được công bố trên Tạp chí Physica Scripta và Tạp chí IEEE Photonics.
Laser sợi quang pha tạp thulium công suất cao (TDFL) có bước sóng trong phạm vi 1900~2100 nm có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực y sinh học, chế biến nhựa, LIDAR, chẩn đoán quang phổ hấp thụ và nguồn bơm laser hồng ngoại trung bình. Ở công suất cao, lắng đọng nhiệt do mất lượng tử gây ra những thay đổi chiết suất do nhiệt nghiêm trọng hơn bên trong sợi hoạt động, do đó ảnh hưởng đến chất lượng chùm tia đầu ra. Làm thế nào để cân bằng nhiều thông số thiết kế của laser sợi quang pha tạp thulium công suất cao, dự đoán và cải thiện hiệu suất đầu ra của laser và đạt được chất lượng chùm tia cao là một vấn đề cấp bách.
Trong công trình này, đối với các sợi hoạt động có chiết suất phức tạp và bán kính uốn cong khác nhau, các nhà nghiên cứu đã mô phỏng quá trình vận chuyển chùm tia bên trong laser với các thông số cho trước bằng phương pháp vận chuyển chùm tia sai phân hữu hạn (FD-BPM) và đưa ra chất lượng chùm tia đầu ra của laser dựa trên dự đoán về cấu hình của điểm đầu ra cuối cùng. So sánh kết quả tính toán số về chất lượng chùm tia đối với các công suất laser khác nhau với kết quả nghiên cứu thực nghiệm điển hình cho thấy độ lệch của kết quả dự đoán so với kết quả thực nghiệm nhỏ hơn 10%, do đó xác minh được độ chính xác của mô hình dự đoán chất lượng chùm tia đã thiết lập.
Trong khi đó, thông qua mô phỏng số và thăm dò thực nghiệm, các nhà nghiên cứu đã phân tích sâu sắc ảnh hưởng của chất lượng mối nối nhiệt hạch của sợi quang pha tạp thulium dựa trên hiệu suất đầu ra của laser và nhận ra hiệu suất cao và đầu ra ổn định của laser sợi quang pha tạp thulium 1940 nm với công suất 202 W thông qua mô phỏng tham số mối nối nhiệt hạch và tối ưu hóa quá trình mối nối nhiệt hạch: hiệu suất chuyển đổi quang-quang tăng từ 39,6% lên 48,4% và chất lượng chùm tia tăng từ M2x=10.55, M2y=11.89 lên M2x=2.17, M2y=2.26. Nghiên cứu này cung cấp hướng dẫn lý thuyết cho việc thiết kế TDFL công suất cao, chất lượng chùm tia cao.
