Yuqori{0}}kuchli tolali lazerlar ilmiy, sanoat va mudofaa sohalarida muhim vosita sifatida xizmat qiladi. Yagona chastotali tolali lazer kuchaytirgichlarining quvvatini yanada oshirish yoʻlidagi asosiy toʻsiq Brillouinning sochilishi (SBS) ragʻbatlantiriladi. Optik quvvat SBS chegarasidan oshib ketganda, oldinga uzatiladigan{4}} signal nuri kuchli orqaga qarab Stokes nurini qo'zg'atadi. Bu nafaqat nasos energiyasini yo'qotadi va chiqish samaradorligini pasaytiradi, balki oldingi{6}}aniq qismlarga ham zarar etkazishi mumkin. Elyaf yadrosi diametrini oshirish va signal spektrini kengaytirish SBS chegarasini oshirishi mumkin va shu bilan bitta chastotali tolali kuchaytirgichlarda SBS effektlarini bostirishi mumkin. Hozirgi SBS taʼsirini yumshatish boʻyicha saʼy-harakatlar asosan bitta rejimli yoki bir nechta{11}}rejimli yuqori nur sifatiga ega boʻlgan tolali kuchaytirgichlar bilan cheklangan boʻlib, bir vaqtning oʻzida yuqori quvvat, tor chiziq kengligi va yuqori sifatli nur chiqishiga erishishni qiyinlashtiradi. Ushbu maqola ko'p rejimli tolali (MMF) kuchaytirgichni o'rganadi, bunda SBS katta yadrodagi optik zichlikning pasayishi va ko'p rejimli qo'zg'alish natijasida kelib chiqqan Brillouin tarqalish spektrining kengayishi tufayli sezilarli darajada bostiriladi. Chiziqli boʻlmagan kuchaytirgichning kirish nuriga fazoviy toʻlqin jabhasi shaklini qoʻllash orqali chiqish nuri yuqori quvvat (503 Vt), tor chiziq kengligi (1 kHz) va yuqori-sifatli yorugʻlik chiqishiga erishib, difraksiya{15}}cheklangan nuqtaga qaratiladi.
1-rasm. Eksperimental optik moslamaning sxemasi
1-rasmda ushbu tadqiqotning optik sozlamalari ko'rsatilgan. To'lqin uzunligi 1064 nm bo'lgan nurli yorug'lik fazoviy yorug'lik modulatori (SLM) tomonidan modulyatsiya qilinishidan oldin, bir rejimli tolada-kuchaytirilishi va nurning kengayishidan o'tadi. Modulyatsiyalangan signal nuri avval passiv multimodli tolaga ulanadi, nasos nuri bilan birlashtiriladi, so'ngra 76 rejimni qo'llab-quvvatlaydigan Yb-dopingli multimodli kuchaytiruvchi tolada kuchaytiriladi. Kuchaytirilgandan so'ng signal nuri quvvat, spektr, chiziq kengligi, fokus nuqtasi va faza kabi parametrlarni baholash uchun o'lchash yo'liga kiradi. Ushbu tadqiqot multimodli tolalardagi SBS xususiyatlarini o'rganadi. Natijalar shuni ko'rsatadiki, MMFda SBS chegarasi (SBS ishlab chiqarmasdan maksimal quvvat) bir rejimli tolaga nisbatan ancha yuqori. Simulyatsiya natijalari shuni ko'rsatadiki, foydalanilgan MMF uchun (yadro diametri 42 mkm) SBS chegarasi faqat asosiy rejim qo'zg'atilganda taxminan 24 Vtni tashkil qiladi, bu diametri 15 mkm bitta rejimli tolaga nisbatan 8 baravar yuqori. Elyafdagi muqarrar rejim ulanishi tufayli MMF sof asosiy rejim qo'zg'alishiga erisha olmaydi. Oʻlchovlar 2(A)-rasmda koʻrsatilganidek, MMFda bir necha rejimli qoʻzgʻalishda 59 Vt va koʻp rejimli qoʻzgʻalishda 97 Vt SBS chegarasini koʻrsatadi.
2-rasm (A) Yagona rejim va koʻp rejimli tolalardagi SBS chegaralari-; (B) MMFda fundamental va ko'p rejimli qo'zg'alish uchun SBS daromad spektrlari
Ushbu maqola MMF kuchaytirgichlarida SBS uchun yarim{0}}analitik nazariyani o'rnatadi, mos keladigan SBS daromad koeffitsientlarini olish uchun turli rejimli signal chiroqlari va Stokes yorug'ligi o'rtasidagi bog'lanishni tahlil qiladi. Bu nazariya shuni ko'rsatadiki, MMF doirasidagi ko'p rejimli qo'zg'alish sharoitida SBS daromad koeffitsienti har qanday-qo'zg'alish rejimidagi stsenariyga qaraganda pastroqdir. MMFda ko'p rejimli qo'zg'alish SBS daromad spektrini sezilarli darajada kengaytiradi, daromadning eng yuqori nuqtasini pasaytiradi va 2-rasm (B) da ko'rsatilganidek, SBS chegarasining oshishiga erishadi. Stokes nurining orqaga tarqalish xususiyati tufayli uzunroq MMF uzunliklari SBSning ko'payishiga va shunga mos ravishda pastroq chegaraga olib keladi. Tajribalar shuni ko'rsatadiki, nasos nuri taxminan 6 m ichida tugaydi. Elyaf uzunligini qisqartirish va SBS chegarasini o'lchash orqali natijalar SBS chegarasi MMF ning samarali uzunligiga teskari proportsional ekanligini ko'rsatadi. MMF uzunligi 3,7 m bo'lganida, kuchaytirgich 503 Vt maksimal SBS chegarasiga (ya'ni, eng yuqori chiqish quvvatiga) erishadi, bu faqat asosiy rejim qo'zg'alishi uchun SBS chegarasidan (nazariy hisoblash natijasi) besh baravar ko'pdir.
3-rasm MMF va SBS chegarasining samarali uzunligi o'rtasidagi bog'liqlik; inset: chiqish fokusli nuqta intensivligi fazaga nisbatan
MMF chiqishini nazorat qilish uchun ushbu tadqiqot signal nuri MMFga kirgunga qadar fazoviy yorug'lik modulyatori (SLM) yordamida to'lqin fazasini modulyatsiya qildi. Modulyatsiya diapazoni MMF ning barcha kirish teshigini qamrab oldi. Ushbu modulyatsiya oralig'ida piksellar 256 makropikselga bo'lingan. Fokus tekisligida optimal natijaga erishish uchun markaziy pikseldan boshlab, har bir pikselning fazasi spiral shaklda skanerdan o'tkazildi. To'lqin jabhasi fazasini boshqarish ta'sirida MMF ichidagi turli rejimlar o'rtasida shovqin paydo bo'lib, chiqish fokus tekisligida yuqori sifatli nuqta hosil qiladi. Nuqta intensivligi va faza taqsimoti 3-rasmning yuqori o'ng tomonidagi qo'shimchada ko'rsatilgan bo'lib, bir xil intensivlik va faza taqsimotini ko'rsatib, fokus tekisligidagi ajoyib nuqta sifatini ko'rsatadi. 4-rasm: MMF fokal tekisligida (A) va biroz defokuslangan joylarda (B, C) dog'lar; o'lchangan chiqish nurining sifati (M2) (D)
4-rasmda fokus tekisligida va ozgina defokuslanganda (200, 400 mkm) nur profillari ko'rsatilgan. O'lchovlar fokus tekisligida 76% fokus samaradorligini ko'rsatadi, ya'ni nur energiyasining 76% fokus diapazonida joylashgan. X va y yo'nalishlarida o'lchangan M2 qiymatlari mos ravishda 1,05 va 1,35 ni tashkil qiladi, bu yaxshi nur sifatini ko'rsatadi. Natijalar shuni ko'rsatadiki, SLMga asoslangan fazali modulyatsiya MMF chiqishining fokus tekisligidagi nuqta sifatini samarali yaxshilaydi.
5-rasm: MMF kuchaytirgichining qiyalik samaradorligi (A), chiqish spektri (B) va chiziq kengligi (C) [1]
Kuchaytirgichning chiqish samaradorligi, spektri va chiziq kengligi ham o'lchandi. MMF kuchaytirgichi 5(A)-rasmda ko'rsatilganidek, nazariy prognozlarga mos ravishda 82% nishab samaradorligiga erishdi. Chiqish spektri (5B-rasm) nisbiy ASE intensivligi 52 dB boʻlgan 1064 nm da signal choʻqqisini koʻrsatadi, chap{7}} yon tomondagi tepalik esa zaif qoldiq nasos signalini ifodalaydi. Chiqish liniyasining kengligi juda tor bo'lganligi sababli, an'anaviy spektrometrlar uni o'lchashda qiynaldi. Shuning uchun kirish va chiqish liniyalarining kengligini aniqlash uchun heterodin usullari qo'llaniladi. Ushbu ishda qurilgan MMF kuchaytirgichi 35 kHz (20{22}}dB) / 1 kHz (3-dB, ya'ni to'liq kenglik yarmi maksimalda) chiqish liniyasi kengligini ko'rsatadi va kirish liniyasi kengligidan sezilarli farq qilmaydi. Uning mukammal vaqtinchalik muvofiqligi aniq interferometrik o'lchovlar talablariga javob beradi. Ushbu maqola ko'p rejimli tolali SBS nazariyasini tizimli ravishda nasosning tugashi va to'yinganligini hisobga olgan holda ishlab chiqadi. U bir vaqtning o'zida SBSni bostirish va chiqish nuqtasini optimallashtirishga erishish uchun ko'p rejimli tolali kuchaytirishni to'lqinli fazali modulyatsiya bilan birlashtirishni taklif qiladi. Qurilgan MMF kuchaytirgichi yuqori quvvat, yuqori samaradorlik va tor chiziq kengligida ishlaydi, bu esa yuqori muvofiqlikni ta'minlaydi. Ushbu texnologiya kogerent nurlarni birlashtirish, keng ko'lamli interferometriya va yo'naltirilgan energiya tizimlarida potentsial ilovalarni o'z ichiga oladi.
Adabiyotlar: [1] Stefan Rothe va boshq., Wavefront shakllantirish yuqori{2}}kuchli multimodli tolali kuchaytirgichni chiqish fokusiga ega qiladi. Fan 390, 173–177 (2025).
