Módulos de bomba de diodo láser de alta potencia y alta tasa de repetición adecuados para instalaciones láser de clase de alta energía
Autores: Hübner, Marko; Will, Ingo; Körner, Jörg; Reiter, Jürgen; Lenski, Mathias; Tümmler, Johannes; Hein, Joachim; Eppich, Bernd; Ginolas, Arnim; Crump, Paul
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Módulos de bomba de diodo láser de alta potencia y alta tasa de repetición adecuados para instalaciones láser de clase de alta energía
Categoría
Gestión y administración
Subcategoría
Gestión del conocimiento
Palabras clave
Láser pulsado
Láseres de diodo
Altas tasas de repetición
Fuentes de bombeo
Brillo
Eficiencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 20
Citaciones: Sin citaciones
La última generación de instalaciones de láser pulsado de alta energía, en construcción o planificadas, como EuPRAXIA, requiere fuentes de bombeo fiables con alta potencia (varios kW), brillo (>1 MW/cm/sr) y eficiencia de conversión electro-óptica (>50%). Estas nuevas instalaciones se operarán a altas tasas de repetición (alrededor de 100 Hz) y solo los láseres de diodo son capaces de ofrecer el rendimiento necesario. Sin embargo, las fuentes de bombeo de pulso de láser de diodo comerciales (onda cuasi-continua, QCW) se construyen como arreglos apilados de bajo costo enfriados pasivamente que están limitados ya sea en brillo, eficiencia o tasa de repetición. Las bombas de láser de diodo de onda continua comerciales construidas utilizando enfriadores de microcanales (como se utilizan en herramientas de máquina industriales de alto valor) pueden cumplir con todos los requisitos, pero generalmente no son preferidas debido a su costo y complejidad y los desafíos de prevenir la degradación del enfriador. Aquí se muestra una solución personalizada para llenar este vacío, utilizando láseres de diodo avanzados en una nueva geometría de enfriamiento lateral pasivo para realizar módulos de bombeo de 100 a 200 Hz (ciclo de trabajo del 10% al 20%) que emiten una potencia pico de 6 kW a una longitud de onda de 940 nm. Se resume el último rendimiento de estos módulos y se compara con la literatura. Mostramos que se puede entregar un brillo >1 MW/cm/sr de manera eficiente a través de un amplio rango de condiciones de pulso láser con un ciclo de trabajo del 10% (ancho de pulso: 100 us a 100 ms cw, tasa de repetición de hasta 1 kHz). Además, describimos cómo se han utilizado estas bombas para construir y operar de manera fiable (>10 pulsos sin degradación) en amplificadores regenerativos y de anillo de clase alta en el Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI). También mostramos los primeros resultados sobre el bombeo a 100 Hz de amplificadores de estado sólido Yb:YAG enfriados criogénicamente, como se anticipa para su uso en el láser EuPRAXIA, y señalamos que la temperatura pico aumenta desproporcionadamente, lo que indica que se necesita un mejor enfriamiento y estudios más detallados.
Descripción
La última generación de instalaciones de láser pulsado de alta energía, en construcción o planificadas, como EuPRAXIA, requiere fuentes de bombeo fiables con alta potencia (varios kW), brillo (>1 MW/cm/sr) y eficiencia de conversión electro-óptica (>50%). Estas nuevas instalaciones se operarán a altas tasas de repetición (alrededor de 100 Hz) y solo los láseres de diodo son capaces de ofrecer el rendimiento necesario. Sin embargo, las fuentes de bombeo de pulso de láser de diodo comerciales (onda cuasi-continua, QCW) se construyen como arreglos apilados de bajo costo enfriados pasivamente que están limitados ya sea en brillo, eficiencia o tasa de repetición. Las bombas de láser de diodo de onda continua comerciales construidas utilizando enfriadores de microcanales (como se utilizan en herramientas de máquina industriales de alto valor) pueden cumplir con todos los requisitos, pero generalmente no son preferidas debido a su costo y complejidad y los desafíos de prevenir la degradación del enfriador. Aquí se muestra una solución personalizada para llenar este vacío, utilizando láseres de diodo avanzados en una nueva geometría de enfriamiento lateral pasivo para realizar módulos de bombeo de 100 a 200 Hz (ciclo de trabajo del 10% al 20%) que emiten una potencia pico de 6 kW a una longitud de onda de 940 nm. Se resume el último rendimiento de estos módulos y se compara con la literatura. Mostramos que se puede entregar un brillo >1 MW/cm/sr de manera eficiente a través de un amplio rango de condiciones de pulso láser con un ciclo de trabajo del 10% (ancho de pulso: 100 us a 100 ms cw, tasa de repetición de hasta 1 kHz). Además, describimos cómo se han utilizado estas bombas para construir y operar de manera fiable (>10 pulsos sin degradación) en amplificadores regenerativos y de anillo de clase alta en el Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI). También mostramos los primeros resultados sobre el bombeo a 100 Hz de amplificadores de estado sólido Yb:YAG enfriados criogénicamente, como se anticipa para su uso en el láser EuPRAXIA, y señalamos que la temperatura pico aumenta desproporcionadamente, lo que indica que se necesita un mejor enfriamiento y estudios más detallados.