Med single-mode fiberlasere, der når 10KW og multimode fiberlasere, der når 50KW, bryder fiberlasere ud af det industrielle område og går ind i militære applikationer og bliver en kandidat til højenergi-laservåben udstationeret på slagmarken.
I laserteknologiens tidlige dage var den bedste måde at opnå højeffekt laseroutput på at udvinde energi fra store mængder lasermateriale. Der er stadig nogle applikationer, der bruger denne tilgang, såsom National Ignition Facility (NIF) ved Lake Trent National Laboratory, som bruger store glasforstærkere til at forstærke pulser til 1,8 M. Men til mange industrielle applikationer er ytterbium-doteret fiber blevet ideelt valg til højeffekt lasermedier.
Fiberlasere er nået langt med hensyn til effekt, siden Elilas Snitzer opfandt den første fiberlaser i 1963. I juni 2009 udgav IPG Photonics en kontinuerlig-bølge single-mode fiberlaser med en udgangseffekt på 10KW på München Laser Show og Solid-State Laser and Semiconductor Laser Conference arrangeret af Directed Energy Professionals Society (DEPS). Bi Shiner, vicepræsident for industrielle markeder hos IPG Photonics, sagde, at IPG har produceret multimode fiberlasere med udgangseffekter op til 50 kW, og Raytheon har testet deres potentielle anvendelser som laservåben. IPG's hovedforretning er dog stadig til industrielle materialebehandlingsapplikationer, fra skæring af siliciumwafers til solceller til robotsvejsning af metalplader.
Hvorfor vælge fiber?
I lighed med andre diodepumpede lasere konverterer fiberlasere i det væsentlige pumpelasere af lav kvalitet til laserudgange af højere kvalitet, som kan bruges på mange områder såsom medicinsk behandling, materialebehandling og laservåben. Med hensyn til at opnå høj-effekt output har fiberlasere to vigtige fordele: den ene er processen fra pumpelys til højkvalitets output lys, som har høj konverteringseffektivitet; den anden er god varmeafledningsevne.
Grunden til, at fiberlasere kan opnå høj effektivitet, skyldes primært diodepumpning, omhyggelig udvælgelse af gain-dopingmedier og optimeret fiberdesign. Den optiske fiber, der bruges i højeffektfiberlasere, indeholder en indre kerne doteret med forstærkningsmedium og en ydre kerne, der begrænser pumpelyset. Pumpelyset kan komme ind i den ydre kerne gennem fiberens endeflade eller kobles ind i den ydre kerne langs siden af fiberen i en retning næsten parallel med fiberaksen (se figur 1). Sidstnævnte metode kaldes "sidepumpning", men det betyder ikke, at pumpelyset kommer ind i laserhulrummet sideværts som en bulklaser. Når pumpelyset er indført i den ydre kerne, vil det gentagne gange passere gennem den indre kerne langs fiberen for at opnå effektiv pumpning. Efterfølgende ledes den stimulerede stråling langs den indre kerne og akkumulerer kontinuerligt energi til at udsende højintensivt laserlys.
De fleste fiberlasere har dopanter, hvilket skyldes, at det selektive spejl kan opnå et lille kvantetab (energiforskellen mellem pumpefotonen og udgangsfotonen). Når du bruger 975nm pumpelys til at producere 1035nm udgangslys, er kvantetabsværdien kun 6%. Til sammenligning er kvantetabet af en neodym-doteret laser pumpet ved 808 nm og udsender ved 1064 nm så højt som 20 %. Mindre kvantetab tillader den optisk-optiske pumpeeffektivitet af fiberdoterede lasere at overstige 60%, hvilket kombineret med 50% elektro-optiske konverteringseffektivitet af pumpedioden betyder, at fiberlaserens samlede konverteringseffektivitet kan nå 30 %.
Fiberstrukturen har et stort overfladeareal pr. volumenhed, hvilket hjælper fiberlaseren med at sprede varme, men selv med vandkøling vil varmeafledning begrænse dens ydeevne. For fem år siden håbede forskerne at kunne producere højere kræfter ved at øge dopingniveauet og størrelsen af den indre kerne, men Johan Nilsson fra University of Southampton sagde, at ved høje gennemsnitlige kræfter, fordi restvarme er svær at fjerne fra fiberen, " den termiske effektbegrænsning er tilbage."
