Optical fibers with a profiled core doped with Tm3+, Ho3+ ions for flat-top beam fiber lasers operating in the wavelength range of 1.7-2.1 µm - Project - Bridge of Knowledge

Search

Optical fibers with a profiled core doped with Tm3+, Ho3+ ions for flat-top beam fiber lasers operating in the wavelength range of 1.7-2.1 µm

Technologia światłowodów krzemionkowych jest jedną z głównych dziedzin optoelektroniki i stanowi platformę do opracowywania nowych konstrukcji laserów włóknowych (w tym laserów dużej mocy). Obecnie, najczęściej wykorzystywanym profilem wiązki optycznej w wielu zastosowaniach techniki laserowej jest kształt Gaussowski (najczęściej opisywanej parametrem M2≈1) lub jak najbardziej do niej zbliżonej. Wynika to z faktu dobrze zdefiniowanego profilu i możliwości ogniskowania tego typu wiązki na małym obszarze co pozwala na punktowe uzyskanie znacznych gęstości mocy. Niestety, z punktu widzenia obróbki laserowej materiałów, jedynie centralna część profilu Gaussowskiego wiązki optycznej (powyżej progu obróbki materiałów) stanowi jej użyteczną część. Energia niesiona przez wstęgi boczne nagrzewa wyłącznie obrabiany materiał, co może prowadzić do niekorzystnych zjawisk takich jak nagrzewanie materiału, uzyskiwanie gorszej jakości krawędzi cięcia, niezamierzonej obróbki powierzchniowej (np. utwardzanie powierzchni). Wszystkie te wady mogą zostać minimalizowane poprzez optymalizację kształtu wiązki optycznej w celu uzyskania profilu typu flat-top (inaczej nazywanego top-hat), o stałej gęstości mocy w przekroju poprzecznym. Zastosowanie takiego profilu wiązki laserowej umożliwia precyzyjną kontrolę szerokości ścieżki promienia laserowego, uzyskiwanie ostrych krawędzi cięcia i precyzyjnej obróbki powierzchniowej. Dodatkowo, pozwala to często na zwiększenie wydajności procesu poprzez wzrost prędkości wykonywania ablacji. Układy o profilu flat-top są korzystne w mikroobróbce laserowej materiałów (cięciu, zgrzewaniu, metodach addytywnych - drukowaniu w tym również metali, badaniu progu uszkodzeń wywołanych laserem (LIDT, laser induced damage threshold), mikro i nanostrukturyzacji, obróbce wafli półprzewodnikowych, wytwarzaniu nanostruktur mechanicznych (MEMS) i optomechanicznych (MOEMS). Obecnie, w celu przekształcenia wiązki Gaussowskiej w profil typu flat-top stosowane są specjalne układy dyfrakcyjne (Diffractive Optic Elements, DOE), oparte o korektę kształtu wiązki optycznej poprzez specjalnie ukształtowane soczewki przestrzennie zmieniające fazę lub nanostrukturyzowane płytki falowe. Układy takie niestety są wrażliwe na poprawną justację przestrzenną elementów zależną od średnicy wiązki wejściowej. Celem projektu jest opracowanie nowej konstrukcji światłowodów o wielopierścieniowym rdzeniu (Multi-Ring Core, MRC) i dużym polu modu (Large Mode Area, LMA) w których optymalizacja profilu refrakcyjnego i układu rozmieszczenia domieszki aktywnej (np. tulu, holmu) pozwoli na uzyskanie wiązki optycznej o stałej gęstości mocy w przekroju poprzecznym (flat-top) bezpośrednio we włóknie światłowodowym.

Details

Project's acronym:
OPUS 03218
Financial Program Name:
INNY
Organization:
Narodowe Centrum Nauki (NCN) (National Science Centre)
Agreement:
2023/49/B/ST7/03218 z dnia 2024-01-29
Realisation period:
2024-01-29 - 2028-01-28
Research team leader:
Piotr Miluski
Realised in:
Politechnika Białostocka
External institutions
participating in project:
  • Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego (Poland)
Project's value:
1 944 680.00 PLN
Request type:
Different
Domestic:
Domestic project
Verified by:
No verification

seen 14 times