Cu laserele cu fibră monomod atingând 10KW și laserele cu fibră multimod atingând 50KW, laserele cu fibră ies din domeniul industrial și intră în aplicații militare, devenind un candidat pentru armele laser de înaltă energie desfășurate pe câmpul de luptă.
În primele zile ale tehnologiei laser, cea mai bună modalitate de a obține o ieșire laser de mare putere a fost extragerea energiei din volume mari de material laser. Există încă unele aplicații care utilizează această abordare, cum ar fi National Ignition Facility (NIF) de la Lake Trent National Laboratory, care utilizează amplificatoare mari din sticlă pentru a amplifica impulsurile la 1,8 M. Dar pentru multe aplicații industriale, fibra dopată cu itterbiu a devenit alegerea ideală pentru mediile laser de mare putere.
Laserele cu fibră au parcurs un drum lung în ceea ce privește puterea de când Elilas Snitzer a inventat primul laser cu fibră în 1963. În iunie 2009, IPG Photonics a lansat un laser cu fibră monomod cu undă continuă, cu o putere de ieșire de 10 kW, la Salonul Laser de la Munchen și Conferința privind laserul în stare solidă și laserul semiconductor, găzduită de către Directed Energy Professionals Society (DEPS). Bi Shiner, vicepreședinte al piețelor industriale la IPG Photonics, a declarat că IPG a produs lasere cu fibră multimodală cu puteri de ieșire de până la 50 kW, iar Raytheon a testat aplicațiile lor potențiale ca arme laser. Cu toate acestea, activitatea principală a IPG este încă pentru aplicații de prelucrare a materialelor industriale, de la tăierea plachetelor de siliciu pentru celule solare până la sudarea robotizată a plăcilor metalice.
De ce să alegeți fibrele?
Similar cu alte lasere pompate cu diode, laserele cu fibră convertesc în esență laserele cu pompă de calitate scăzută în ieșiri laser de calitate superioară, care pot fi utilizate în multe domenii, cum ar fi tratamentul medical, prelucrarea materialelor și armele cu laser. În ceea ce privește obținerea unei puteri mari de ieșire, laserele cu fibră au două avantaje importante: unul este procesul de la lumina pompei la lumina de ieșire de înaltă calitate, care are o eficiență ridicată de conversie; celălalt este o capacitate bună de disipare a căldurii.
Motivul pentru care laserele cu fibră pot atinge o eficiență ridicată se datorează, în principal, pompării cu diode, selecției atentă a mediilor de dopaj de câștig și designului optimizat al fibrei. Fibra optică utilizată în laserele cu fibră de mare putere conține un miez interior dopat cu mediu de câștig și un miez exterior care limitează lumina pompei. Lumina pompei poate intra în miezul exterior prin suprafața de capăt a fibrei sau poate fi cuplată în miezul exterior de-a lungul părții laterale a fibrei într-o direcție aproape paralelă cu axa fibrei (vezi Figura 1). Această din urmă metodă se numește „pompare laterală”, dar nu înseamnă că lumina pompei intră lateral în cavitatea laserului ca un laser în vrac. Odată ce lumina pompei este introdusă în miezul exterior, aceasta va trece în mod repetat prin miezul interior de-a lungul fibrei pentru a obține o pompare eficientă. Ulterior, radiația stimulată este condusă de-a lungul miezului interior și acumulează continuu energie pentru a scoate lumină laser de mare intensitate.
Majoritatea laserelor cu fibre au dopanți, ceea ce se datorează faptului că oglinda selectivă poate obține o mică pierdere cuantică (diferența de energie dintre fotonul pompei și fotonul de ieșire). Când utilizați lumina pompei de 975 nm pentru a produce lumină de ieșire de 1035 nm, valoarea pierderii cuantice este de numai 6%. Prin comparație, pierderea cuantică a unui laser dopat cu neodim pompat la 808 nm și care iese la 1064 nm este de până la 20%. Pierderile cuantice mai mici permit eficienței de pompare optic-optică a laserelor dopate cu fibră să depășească 60%, ceea ce, combinat cu eficiența de conversie electro-optică de 50% a diodei pompei, înseamnă că eficiența totală de conversie a laserului cu fibră poate ajunge la 30. %.
Structura fibrei are o suprafață mare pe unitate de volum, ceea ce ajută laserul cu fibră să disipeze căldura, dar chiar și cu răcirea cu apă, disiparea căldurii îi va limita performanța. În urmă cu cinci ani, cercetătorii sperau să producă puteri mai mari prin creșterea nivelului de dopaj și a dimensiunii nucleului interior, dar Johan Nilsson de la Universitatea din Southampton a spus că la puteri medii ridicate, deoarece căldura reziduală este dificil de îndepărtat din fibră. limitarea efectului termic a revenit.”
