Sub-MW peak power diffraction-limited chirped-pulse monolithic Yb-doped tapered fiber amplifier

Abstract

We demonstrate a novel amplification regime in a counter-pumped, relatively long (2 meters), large mode area, highly Yb-doped and polarization-maintaining tapered fiber, which offers a high peak power directly from the amplifier. The main feature of this regime is that the amplifying signal propagates through a thin part of the tapered fiber without amplification and experiences an extremely high gain in the thick part of the tapered fiber, where most of the pump power is absorbed. In this regime, we have demonstrated 8 ps pulse amplification to a peak power of up to 0.76 MW, which is limited by appearance of stimulated Raman scattering. In the same regime, 28 ps chirped pulses are amplified to a peak power of 0.35 MW directly from the amplifier and then compressed with 70% efficiency to 315 ± 10 fs, corresponding to an estimated peak power of 22 MW.

Optimization of Yb-Doped Tapered Fiber Length to Achieve Maximum Peak Power

“…Заготовка световода-конуса, состоящая из активной сердцевины и двух отражающих оболочек (первая -из чистого кварцевого стекла, втораяиз фторированного кварцевого стекла), создана с помощью метода MCVD с осаждением всех лигандов из газовой фазы. Аналогично работе [5] в качестве матрицы активной сердцевины использовано стойкое к эффекту фотопотемнения фосфороалюмосиликатное стекло, что позволило ввести 2 вес.% оксида иттербия при разнице показателей преломления сердцевина/оболочка 0,003 (рис. 1, а).…”

“…Перед проведением экспериментов были проведены расчеты, аналогичные проведенным в предыдущей работе [5]…”

“…Таким образом, увеличение длины световода-конуса с 1,7 до 2,7 м позволяет поднять уровень пиковой мощности с 680 до 930 кВт (на ~35 %). Необходимо отметить, что в настоящей работе исследовался конусный световод с относительно небольшим, по сравнению с нашей предыдущей работой [5], выходным диаметром сердцевины. Можно ожидать, что при увеличении выходного диаметра сердцевины до 62 мкм (аналогично работе [5]) порог нелинейных эффектов удастся еще увеличить до уровня, заметно превышающего 1 МВт.…”

“…Отсутствие доли мощности излучения в высших модах позволяет подавить такие негативные эффекты, как модовая нестабильность [3] и деградация моды [4]. Ранее в работе [5] нами демонстрировался усилитель чирпированных импульсов с выходным каскадом на основе иттербиевого световода-конуса с диаметрами сердцевины/первой отражающей оболочки на выходном конце 62/450 мкм и длиной 2 м, в котором чирпированные импульсы с центральной длиной волны 1065 нм, шириной 7 нм, длительностью 28 пс и частотой следования 0,92 МГц были усилены до пиковой мощности 350 кВт, а затем сжаты на дифракционных решетках до длительности 315 фс, что соответствовало 22 МВт пиковой мощности. А при усилении не-чирпированных импульсов с центральной длиной волны 1065 нм, шириной 1,6 нм, длительностью 8 пс и частотой следования 0,92 МГц удалось достигнуть уровня пиковой мощности 0,76 МВт.…”

Модель Одномодового Световода, Оптимизированного Для Передачи Мощного Лазерного Излучения

“…Технологически легко реализуемыми являются световоды с профилем показателя преломления (ППП) с провалом у сердцевины, как продемонстрировано в работах [4,5,6].…”