S jednovidovými vláknovými lasery dosahujícími 10 kW a multimódovými vláknovými lasery dosahujícími 50 kW se vláknové lasery vynořují z průmyslové oblasti a vstupují do vojenských aplikací a stávají se kandidátem na vysokoenergetické laserové zbraně nasazené na bojišti.
V počátcích laserové technologie bylo nejlepším způsobem, jak získat výkon laseru s vysokým výkonem, extrahovat energii z velkých objemů laserového materiálu. Stále existují některé aplikace, které používají tento přístup, jako je National Ignition Facility (NIF) v Lake Trent National Laboratory, která používá velké skleněné zesilovače k zesílení pulzů na 1,8 M. Ale pro mnoho průmyslových aplikací se vlákno dopované ytterbiem stalo ideální volba pro vysoce výkonná laserová média.
Vláknové lasery urazily dlouhou cestu z hlediska výkonu od doby, kdy Elilas Snitzer vynalezl první vláknový laser v roce 1963. V červnu 2009 uvedla společnost IPG Photonics na mnichovské laserové výstavě jednovidový vláknový laser s kontinuální vlnou a výstupním výkonem 10 kW. Konference Solid-State Laser and Semiconductor Laser Conference pořádaná společností Directed Energy Professionals Society (DEPS). Bi Shiner, viceprezident pro průmyslové trhy v IPG Photonics, řekl, že IPG vyrobila multimódové vláknové lasery s výstupním výkonem až 50 kW a Raytheon testoval jejich potenciální aplikace jako laserové zbraně. Hlavním předmětem podnikání IPG je však stále aplikace průmyslového zpracování materiálů, od řezání křemíkových plátků pro solární články až po robotické svařování kovových desek.
Proč zvolit vlákninu?
Podobně jako u jiných diodově čerpaných laserů, vláknové lasery v podstatě převádějí nekvalitní čerpací lasery na kvalitnější laserové výstupy, které lze použít v mnoha oblastech, jako je lékařské ošetření, zpracování materiálů a laserové zbraně. Pokud jde o dosažení vysokého výkonu, vláknové lasery mají dvě důležité výhody: jednou je proces od světla čerpadla k vysoce kvalitnímu výstupnímu světlu, které má vysokou účinnost konverze; druhá je dobrá schopnost odvádět teplo.
Důvodem, proč mohou vláknové lasery dosahovat vysoké účinnosti, je především čerpání diod, pečlivý výběr dopovacího média pro zisk a optimalizovaný design vláken. Optické vlákno používané ve vysoce výkonných vláknových laserech obsahuje vnitřní jádro dotované médiem zesílení a vnější jádro, které omezuje světlo pumpy. Světlo pumpy může vstupovat do vnějšího jádra přes koncovou plochu vlákna nebo může být připojeno k vnějšímu jádru podél strany vlákna ve směru téměř rovnoběžném s osou vlákna (viz obrázek 1). Druhá metoda se nazývá "boční pumpování", ale to neznamená, že světlo pumpy vstupuje do dutiny laseru laterálně jako objemový laser. Jakmile je světlo pumpy zavedeno do vnějšího jádra, bude opakovaně procházet vnitřním jádrem podél vlákna, aby se dosáhlo účinného čerpání. Následně je stimulované záření vedeno podél vnitřního jádra a nepřetržitě akumuluje energii pro výstup vysoce intenzivního laserového světla.
Většina vláknových laserů má příměsi, což je způsobeno tím, že selektivní zrcadlo může získat malou kvantovou ztrátu (rozdíl energie mezi fotonem čerpadla a výstupním fotonem). Při použití 975nm světla pumpy k produkci 1035nm výstupního světla je hodnota kvantové ztráty pouze 6%. Pro srovnání, kvantová ztráta neodymem dopovaného laseru čerpaného při 808 nm a výstupu při 1064 nm je až 20 %. Menší kvantové ztráty umožňují, aby opticko-optická čerpací účinnost vláknem dopovaných laserů přesáhla 60 %, což v kombinaci s 50 % elektrooptickou konverzní účinností čerpací diody znamená, že celková účinnost konverze vláknového laseru může dosáhnout 30 %. %.
Vláknitá struktura má velký povrch na jednotku objemu, což pomáhá vláknovému laseru odvádět teplo, ale i při vodním chlazení bude odvod tepla omezovat jeho výkon. Před pěti lety vědci doufali, že dosáhnou vyššího výkonu zvýšením úrovně dopingu a velikosti vnitřního jádra, ale Johan Nilsson z University of Southampton řekl, že při vysokých průměrných výkonech, protože zbytkové teplo se z vlákna obtížně odstraňuje,“ omezení tepelného efektu je zpět."
