S jednomodnim laserima s vlaknima koji dostižu 10KW i multimodnim laserima s vlaknima koji dostižu 50KW, vlaknasti laseri izlaze iz industrijskog polja i ulaze u vojnu primjenu, postajući kandidati za visokoenergetska laserska oružja raspoređena na bojnom polju.
U ranim danima laserske tehnologije, najbolji način da se dobije laserski izlaz velike snage bio je izvlačenje energije iz velikih količina laserskog materijala. Još uvijek postoje neke aplikacije koje koriste ovaj pristup, kao što je National Ignition Facility (NIF) u Nacionalnoj laboratoriji Lake Trent, koji koristi velika staklena pojačala za pojačavanje impulsa do 1,8 M. Ali za mnoge industrijske primjene, vlakna dopirana iterbijem postala su idealan izbor za laserske medije velike snage.
Fiber laseri su prešli dug put u smislu snage otkako je Elilas Snitzer izumio prvi laser sa vlaknima 1963. godine. U junu 2009., IPG Photonics je objavio kontinualni talasni single-mode fiber laser sa izlaznom snagom od 10KW na sajmu lasera u Minhenu i Konferenciju o laserskim i poluprovodničkim laserima u čvrstom stanju koju je organizovalo Društvo profesionalaca za usmjerenu energiju (DEPS). Bi Shiner, potpredsjednik industrijskih tržišta u IPG Photonics, rekao je da je IPG proizveo multimodne laserske lasere sa izlaznom snagom do 50 kW, a Raytheon je testirao njihovu potencijalnu primjenu kao lasersko oružje. Međutim, glavni posao IPG-a i dalje je primjena industrijske obrade materijala, od rezanja silikonskih pločica za solarne ćelije do robotskog zavarivanja metalnih ploča.
Zašto odabrati vlakna?
Slično drugim laserima sa diodnom pumpom, laseri sa vlaknima u suštini pretvaraju lasere niske kvalitete u laserske izlaze višeg kvaliteta, koji se mogu koristiti u mnogim poljima kao što su medicinski tretman, obrada materijala i lasersko oružje. U smislu postizanja velike snage, fiber laseri imaju dvije važne prednosti: jedna je proces od svjetla pumpe do visokokvalitetnog izlaznog svjetla, koje ima visoku efikasnost konverzije; drugi je dobar kapacitet disipacije toplote.
Razlog zašto fiber laseri mogu postići visoku efikasnost je uglavnom zbog pumpanja dioda, pažljivog odabira medija za dopiranje pojačanja i optimiziranog dizajna vlakana. Optičko vlakno koje se koristi u laserima s vlaknima velike snage sadrži unutrašnje jezgro dopirano sredstvom za pojačavanje i vanjsko jezgro koje ograničava svjetlo pumpe. Svjetlo pumpe može ući u vanjsku jezgru kroz krajnju stranu vlakna ili biti spojeno sa vanjskom jezgrom duž strane vlakna u smjeru skoro paralelnom s osi vlakna (vidi sliku 1). Potonji metod se naziva "bočno pumpanje", ali to ne znači da svjetlo pumpe ulazi u lasersku šupljinu bočno kao masovni laser. Jednom kada se svjetlo pumpe unese u vanjsko jezgro, ono će više puta prolaziti kroz unutrašnje jezgro duž vlakna kako bi se postiglo efikasno pumpanje. Nakon toga, stimulirano zračenje se provodi duž unutrašnjeg jezgra i kontinuirano akumulira energiju za proizvodnju laserske svjetlosti visokog intenziteta.
Većina lasera sa vlaknima ima dopante, što je zato što selektivno ogledalo može postići mali kvantni gubitak (energetska razlika između fotona pumpe i izlaznog fotona). Kada koristite svjetlo pumpe od 975 nm za proizvodnju 1035 nm izlaznog svjetla, vrijednost kvantnog gubitka je samo 6%. Poređenja radi, kvantni gubitak lasera dopiranog neodimijumom koji se pumpa na 808 nm i izlazi na 1064 nm iznosi čak 20%. Manji kvantni gubici omogućavaju da efikasnost optičko-optičke pumpe lasera dopiranih vlaknima premaši 60%, što, u kombinaciji sa 50% efikasnosti elektro-optičke konverzije diode pumpe, znači da ukupna efikasnost konverzije optičkog lasera može doseći 30 %.
Struktura vlakana ima veliku površinu po jedinici zapremine, što pomaže laseru sa vlaknima da rasipa toplotu, ali čak i sa vodenim hlađenjem, disipacija toplote će ograničiti njegove performanse. Prije pet godina, istraživači su se nadali da će proizvesti veće snage povećanjem nivoa dopinga i veličine unutrašnjeg jezgra, ali Johan Nilsson sa Univerziteta Southampton je rekao da je pri visokim prosječnim snagama, jer je zaostalu toplinu teško ukloniti iz vlakna, " ograničenje termičkog efekta se vratilo."
