Monolithic Fiber Amplifiers for High Power Single-Frequency and Single-Mode Laser Beam Generation

Zusammenfassung

The next generation of ground-based gravitational wave detectors requires several hundred watts of optical power to increase the detector sensitivity. In addition, high demands are placed on the beam quality and noise properties of the laser beam. Optical amplifiers based on ytterbium-doped optical fibers are being researched as a promising technology for power scaling. In this thesis, a monolithic fiber amplifier concept has been developed for use in gravitational wave detectors. These amplifiers rely on fiber components for fiber-based pump and signal coupling to the gain fiber, which enables alignment-free and low-maintenance operation. Excellent beam characteristics at the 200 W optical power level are demonstrated and conclusively prove for the first time that fiber amplifiers can produce a high power beam that is in accordance with the requirements for the freerunning laser system for gravitational wave detectors. Based on the amplifier development further power scaling via coherent beam combining up to the 400 W power level and beam characterization is shown.

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Bibliographische Angaben

Auflage: 1/2021
Copyrightjahr: 2021
ISBN-Online: 978-3-95900-659-0
Verlag: TEWISS, Garbsen
Reihe: Berichte aus dem LZH
Band: 03/2021
Sprache: Deutsch
Seiten: 132
Produkttyp: Monographie

Inhaltsverzeichnis

KapitelSeiten

1. Kurzfassung Kein Zugriff
2. Abstract Kein Zugriff
3. Contents Kein Zugriff
1 Introduction Kein Zugriff Seiten 1 - 3
1. 2.1 Laser sources for gravitational wave observatories Kein Zugriff
2. 2.2 Optical fiber technology Kein Zugriff
3. 2.3 High power fiber amplifier for single-frequency lasers Kein Zugriff
4. 2.4 Coherent beam combining (CBC) Kein Zugriff
5. 2.5 Glass processing Kein Zugriff
6. 2.6 Evanescent field coupling: Fiber coupler Kein Zugriff
7. 2.7 Summary and conclusion Kein Zugriff
3 Development objective and approach Kein Zugriff Seiten 33 - 35
1. 4.1 Gain fiber selection and amplifier setup Kein Zugriff
2. 4.2 Thermal SBS suppression Kein Zugriff
3. 4.3 Manufacturing specifications of the amplifier chain Kein Zugriff
4. 4.4 Monitoring concept Kein Zugriff
1. 5.1 Manufacturing variations of the gain fiber and the amplifier chain Kein Zugriff
2. 5.2 Long-term operation Kein Zugriff
3. 5.3 Optical properties Kein Zugriff
4. 5.4 Concept improvements and further fiber component requirements Kein Zugriff
5. 5.5 Conclusion and comparison with the state of the art Kein Zugriff
1. 6.1 Coherent beam combining setup Kein Zugriff
2. 6.2 Beam combining: Optical performance Kein Zugriff
3. 6.3 Summary and conclusion on optical power scalability Kein Zugriff
1. 7.1 Machine development: CO2-laser-based glass fiber processing Kein Zugriff
2. 7.2 Process development: Micromachining of glass fibers Kein Zugriff
3. 7.3 Conclusions: Potential automated fiber processing Kein Zugriff
1. 8.1 Component modeling and numerical simulations Kein Zugriff
2. 8.2 Fiber component manufacturing Kein Zugriff
3. 8.3 Performance evaluation of the evanescent field coupler and simulation comparison Kein Zugriff
4. 8.4 Fiber component integration approach Kein Zugriff
5. 8.5 Summary and conclusions Kein Zugriff
9 Relevance of the fiber amplifier and the CO2-laser process Kein Zugriff Seiten 103 - 104
10 Conclusion and Outlook Kein Zugriff Seiten 105 - 107
11 Bibliography Kein Zugriff Seiten 108 - 118
List of Figures Kein Zugriff Seiten 119 - 122
List of Tables Kein Zugriff Seiten 123 - 124
Publications Kein Zugriff Seiten 125 - 132