High Power Fiber Laser at Amplifier

Para sa mga partikular na mataas na kapangyarihan, ang lugar ng core ay kailangang sapat na malaki, dahil ang intensity ng liwanag ay magiging napakataas, at isa pang dahilan ay ang ratio ng cladding sa core area sa double-clad fibers ay malaki, na nagreresulta sa mababang pagsipsip ng bomba. Kapag ang core area ay nasa order ng ilang libong square micrometers, posible na gumamit ng single-mode fiber core. Gamit ang multimode fiber, kapag ang lugar ng mode ay medyo malaki, ang output beam ng magandang kalidad ay maaaring makuha, at ang light wave ay pangunahing pangunahing mode. (Ang pag-excite ng mga mode na mas mataas ang pagkakasunud-sunod ay posible rin sa ilang lawak sa pamamagitan ng paikot-ikot na hibla, maliban sa kaso ng malakas na pagkakabit ng mode sa matataas na kapangyarihan) Habang lumalaki ang lugar ng mode, ang kalidad ng beam ay hindi na mananatiling limitado sa diffraction, ngunit kumpara. Para sa hal. mga rod laser na tumatakbo sa katulad na lakas ng kapangyarihan, ang resultang kalidad ng beam ay medyo maganda pa rin.

Mayroong ilang mga opsyon para sa kung paano mag-iniksyon ng napakataas na power pump light. Ang pinakamadaling paraan ay ang direktang pump ang cladding sa fiber port. Ang pamamaraang ito ay hindi nangangailangan ng mga espesyal na bahagi ng hibla, ngunit ang high-power pump light ay kailangang magpalaganap sa hangin, lalo na ang air-glass interface, na napaka-sensitibo sa alikabok o misalignment. Sa maraming mga kaso, mas mainam na gumamit ng fiber-coupled pump diode, upang ang pump light ay palaging ipinapadala sa fiber. Ang isa pang pagpipilian ay ang pagpapakain sa pump light sa isang passive fiber (undoped) at balutin ang passive fiber sa paligid ng doped fiber upang ang pump light ay unti-unting mailipat sa doped fiber. Mayroong ilang mga paraan para gumamit ng espesyal na pump combination device para pagsamahin ang ilang pump fibers at doped signal fibers. Mayroong iba pang mga pamamaraan batay sa side-pumped fiber coils (fiber disk lasers), o mga grooves sa pump cladding upang ang pump light ay mai-inject. Ang huling pamamaraan ay nagbibigay-daan para sa multi-point injection ng pump light, kaya mas mahusay na pamamahagi ng thermal load.

Figure 2: Diagram ng high-power double-clad fiber amplifier setup na may pump light na pumapasok sa fiber port sa pamamagitan ng libreng espasyo. Ang interface ng gas glass ay dapat na mahigpit na nakahanay at malinis.

Ang paghahambing sa pagitan ng lahat ng mga paraan ng pag-iniksyon ng ilaw ng bomba ay kumplikado dahil maraming aspeto ang kasangkot: kahusayan sa paglipat, pagkawala ng liwanag, kadalian ng pagproseso, nababaluktot na operasyon, posibleng mga pagmuni-muni sa likod, pagtagas ng ilaw mula sa fiber core patungo sa pinagmumulan ng ilaw ng bomba, Panatilihin ang pagpipilian ng polariseysyon atbp.
Bagama't ang kamakailang pag-unlad ng mga high-power fiber optic device ay napakabilis, mayroon pa ring ilang mga limitasyon na humahadlang sa karagdagang pag-unlad:
Ang liwanag intensity ng mataas na kapangyarihan fiber optic na aparato ay lubhang pinabuting. Karaniwan nang maabot ang mga limitasyon ng pinsala sa materyal. Samakatuwid, may pangangailangan na dagdagan ang mode area (malaking mode area fibers), ngunit ang pamamaraang ito ay may mga limitasyon kapag kinakailangan ang mataas na kalidad ng beam.
Ang pagkawala ng kuryente sa bawat haba ng yunit ay umabot sa pagkakasunud-sunod na 100W/m, na nagreresulta sa malakas na thermal effect sa fiber. Ang paggamit ng paglamig ng tubig ay maaaring lubos na mapabuti ang kapangyarihan. Ang mas mahahabang fibers na may mas mababang doping concentration ay mas madaling palamig, ngunit pinapataas nito ang mga nonlinear effect.
Para sa hindi mahigpit na single-mode fibers, mayroong modal instability kapag ang output power ay mas malaki kaysa sa isang tiyak na threshold, karaniwang ilang daang watts. Ang mga kawalang-tatag ng mode ay nagdudulot ng biglaang pagbaba sa kalidad ng beam, na siyang epekto ng thermal gratings sa fiber (na mabilis na umiikot sa espasyo).
Nakakaapekto ang fiber nonlinearity sa maraming aspeto. Kahit na sa isang CW setup, ang Raman gain ay napakataas (kahit sa mga decibel) na ang malaking bahagi ng kapangyarihan ay inilipat sa mas mahabang wavelength na Stokes wave, na hindi maaaring palakihin. Ang single-frequency na operasyon ay lubos na nalilimitahan sa pamamagitan ng stimulated Brillouin scattering. Siyempre, may ilang mga paraan ng pagsukat na maaaring mabawi ang epektong ito sa isang tiyak na lawak. Ang ultrashort pulses na nabuo sa mode-locked lasers, self-phase modulation ay magbubunga ng isang malakas na spectral broadening effect sa kanila. Bilang karagdagan, may iba pang mga problema sa pag-inject ng nonlinear polarization rotation.
Dahil sa mga limitasyon sa itaas, ang mga high power na fiber optic na device ay karaniwang hindi mahigpit na itinuturing na mga scalable power device, kahit na hindi sa labas ng maaabot na hanay ng kapangyarihan. (Ang mga naunang pagpapahusay ay hindi nakamit gamit ang solong power scaling, ngunit sa mga pinahusay na disenyo ng fiber at mga pump diode.) Ito ay may mahalagang mga kahihinatnan kapag inihahambing ang teknolohiya ng fiber laser sa mga manipis na disk laser. Ito ay inilalarawan nang mas detalyado sa entry ng Laser Power Calibration.
Kahit na walang totoong power scaling, maraming trabaho ang maaaring gawin upang mapabuti ang mga high-power na laser setup. Sa isang banda, kinakailangan upang mapabuti ang disenyo ng hibla, tulad ng paggamit ng isang malaking lugar ng fiber mode at single-mode na paggabay, na kadalasang nakakamit sa pamamagitan ng paggamit ng mga photonic crystal fibers. Napakahalaga ng maraming bahagi ng fiber, tulad ng mga espesyal na pump coupler, fiber taper upang ikonekta ang mga fibers na may iba't ibang laki ng mode at espesyal na fiber cooling device. Kapag naabot na ang power limit ng isang partikular na fiber, isa pang opsyon ang composite beam, at umiiral ang mga angkop na setup ng fiber para ipatupad ang diskarteng ito. Para sa mga ultrashort pulse amplifier system, maraming mga diskarte upang bawasan o kahit na bahagyang pagsamantalahan ang mga hindi linear na epekto ng mga optical fiber, tulad ng pagpapalawak ng spectrum at kasunod na pag-compress ng pulso.