Laser dan Amplifier Serat Daya Tinggi

Untuk daya yang sangat tinggi, area inti harus cukup besar, karena intensitas cahaya akan sangat tinggi, dan alasan lainnya adalah rasio kelongsong ke area inti pada serat berlapis ganda besar, sehingga penyerapan pompa rendah. Ketika area inti berada di urutan beberapa ribu mikrometer persegi, layak untuk menggunakan inti serat mode tunggal. Menggunakan serat multimode, ketika area mode relatif besar, sinar keluaran berkualitas baik dapat diperoleh, dan gelombang cahaya terutama merupakan mode dasar. (Eksitasi mode tingkat tinggi juga dimungkinkan sampai batas tertentu dengan melilitkan serat, kecuali untuk kasus kopling mode kuat pada daya tinggi) Karena area mode menjadi lebih besar, kualitas pancaran tidak lagi terbatas difraksi, tetapi dibandingkan untuk Misalnya laser batang yang beroperasi pada intensitas daya yang sama, kualitas pancaran yang dihasilkan masih cukup baik.

Ada beberapa pilihan cara menyuntikkan lampu pompa berdaya sangat tinggi. Cara termudah adalah dengan memompa kelongsong langsung di port serat. Metode ini tidak memerlukan komponen serat khusus, tetapi lampu pompa berdaya tinggi perlu merambat di udara, terutama antarmuka kaca-udara, yang sangat sensitif terhadap debu atau ketidaksejajaran. Dalam banyak kasus, lebih disukai menggunakan dioda pompa yang digabungkan dengan serat, sehingga cahaya pompa selalu ditransmisikan dalam serat. Pilihan lain adalah untuk mengumpankan lampu pompa ke dalam serat pasif (tidak didoping) dan membungkus serat pasif di sekitar serat yang didoping sehingga lampu pompa secara bertahap dipindahkan ke dalam serat yang didoping. Ada beberapa cara untuk menggunakan perangkat kombinasi pompa khusus untuk memadukan beberapa serat pompa dan serat sinyal doping bersama-sama. Ada metode lain berdasarkan kumparan serat yang dipompa samping (laser piringan serat), atau alur di kelongsong pompa sehingga lampu pompa dapat disuntikkan. Teknik yang terakhir memungkinkan injeksi lampu pompa multi-titik, sehingga mendistribusikan beban termal dengan lebih baik.

Gambar 2: Diagram pengaturan penguat serat berlapis ganda berdaya tinggi dengan lampu pompa memasuki port serat melalui ruang kosong. Antarmuka kaca gas harus benar-benar sejajar dan bersih.

Perbandingan antara semua metode menyuntikkan lampu pompa rumit karena banyak aspek yang terlibat: efisiensi transfer, kehilangan kecerahan, kemudahan pemrosesan, operasi fleksibel, kemungkinan pantulan balik, kebocoran cahaya dari inti serat ke sumber cahaya pompa, Pertahankan pilihan polarisasi dll.
Meskipun perkembangan perangkat serat optik berdaya tinggi akhir-akhir ini sangat pesat, namun masih ada beberapa keterbatasan yang menghambat pengembangan lebih lanjut:
Intensitas cahaya perangkat serat optik daya tinggi jauh lebih baik. Ambang kerusakan material sekarang biasanya dapat dicapai. Oleh karena itu, ada kebutuhan untuk meningkatkan area mode (serat area mode besar), tetapi metode ini memiliki keterbatasan ketika kualitas balok tinggi diperlukan.
Kehilangan daya per satuan panjang telah mencapai urutan 100W/m, menghasilkan efek termal yang kuat pada serat. Penggunaan pendingin air dapat sangat meningkatkan daya. Serat yang lebih panjang dengan konsentrasi doping yang lebih rendah lebih mudah didinginkan, tetapi ini meningkatkan efek nonlinier.
Untuk serat mode tunggal yang tidak ketat, ada ketidakstabilan modal ketika daya keluaran lebih besar dari ambang batas tertentu, biasanya beberapa ratus watt. Ketidakstabilan mode menyebabkan penurunan kualitas balok secara tiba-tiba, yang merupakan efek dari kisi-kisi termal dalam serat (yang berosilasi dengan cepat di ruang angkasa).
Serat nonlinier mempengaruhi banyak aspek. Bahkan dalam pengaturan CW, penguatan Raman sangat tinggi (bahkan dalam desibel) sehingga sebagian besar daya dialihkan ke gelombang Stokes dengan panjang gelombang lebih panjang, yang tidak dapat diperkuat. Operasi frekuensi tunggal sangat dibatasi oleh hamburan Brillouin terstimulasi. Tentu saja, ada beberapa metode pengukuran yang dapat mengimbangi efek ini sampai batas tertentu. Pulsa ultrashort yang dihasilkan dalam laser mode-terkunci, modulasi fase-sendiri akan menghasilkan efek perluasan spektral yang kuat pada mereka. Selain itu, ada masalah lain menyuntikkan rotasi polarisasi nonlinier.
Karena keterbatasan di atas, perangkat serat optik berdaya tinggi umumnya tidak dianggap sebagai perangkat daya yang dapat diskalakan, setidaknya tidak di luar jangkauan daya yang dapat dicapai. (Perbaikan sebelumnya tidak dicapai dengan penskalaan daya tunggal, tetapi dengan desain serat yang lebih baik dan dioda pompa.) Hal ini memiliki konsekuensi penting saat membandingkan teknologi laser serat dengan laser cakram tipis. Ini dijelaskan secara lebih rinci dalam entri Laser Power Calibration.
Bahkan tanpa penskalaan daya nyata, banyak pekerjaan yang dapat dilakukan untuk meningkatkan penyiapan laser berdaya tinggi. Di satu sisi, perlu untuk meningkatkan desain serat, seperti menggunakan area mode serat yang besar dan panduan mode tunggal, yang biasanya dicapai dengan menggunakan serat kristal fotonik. Banyak komponen fiber yang sangat penting, seperti coupler pompa khusus, fiber taper untuk menghubungkan fiber dengan ukuran mode berbeda dan perangkat pendingin fiber khusus. Setelah batas daya serat tertentu tercapai, balok komposit adalah pilihan lain, dan pengaturan serat yang sesuai ada untuk menerapkan teknik ini. Untuk sistem penguat pulsa ultrashort, ada banyak pendekatan untuk mengurangi atau bahkan mengeksploitasi sebagian efek nonlinear dari serat optik, seperti perluasan spektrum dan kompresi pulsa berikutnya.