Ласери и засилувачи со високомоќни влакна

За особено големи моќи, површината на јадрото треба да биде доволно голема, бидејќи интензитетот на светлината ќе биде многу висок, а друга причина е тоа што односот на облогата и површината на јадрото кај влакната со двојно обложување е голем, што резултира со мала апсорпција на пумпата. Кога површината на јадрото е од редот на неколку илјади квадратни микрометри, изводливо е да се користи јадро на влакна со еден режим. Користејќи мултимодни влакна, кога областа на режимот е релативно голема, може да се добие излезниот зрак со добар квалитет, а светлосниот бран е главно основниот режим. (Побудувањето на режимите од повисок ред е исто така можно до одреден степен со намотување на влакното, освен во случајот на силно спојување на режимот при голема моќност) Како што површината на режимот станува поголема, квалитетот на снопот повеќе не може да остане ограничен со дифракција, туку споредено За да, на пример, ласери со шипки кои работат со слични интензитети на моќност, добиениот квалитет на зракот е сè уште доста добар.

Постојат неколку опции за тоа како да се инјектира светло на пумпата со многу висока моќност. Најлесен начин е да се испумпува облогата директно на приклучокот за влакна. Овој метод не бара посебни компоненти од влакна, но светлото на пумпата со голема моќност треба да се шири во воздухот, особено во интерфејсот воздух-стакло, кој е многу чувствителен на прашина или неусогласеност. Во многу случаи, се претпочита да се користи диода на пумпата поврзана со влакна, така што светлото на пумпата секогаш се пренесува во влакното. Друга опција е да се внесе светлото на пумпата во пасивно влакно (недопирана) и да се завитка пасивното влакно околу допираното влакно, така што светлото на пумпата постепено се пренесува во допираните влакна. Постојат неколку начини да се користи специјален комбинациски уред за пумпи за да се спојат некои влакна на пумпата и допираните сигнални влакна заедно. Постојат и други методи засновани на странично испумпани влакна намотки (ласери на дискови со влакна) или жлебови во облогата на пумпата за да може да се инјектира светлото на пумпата. Последната техника овозможува вбризгување на светлото на пумпата со повеќе точки, со што подобро се распределува топлинското оптоварување.

Слика 2: Дијаграм на поставување на засилувач со влакна со двојно обложување со висока моќност со светло на пумпата што влегува во приклучокот за влакна преку слободен простор. Интерфејсот за стакло за гас мора да биде строго усогласен и чист.

Споредбата помеѓу сите методи на вбризгување на светлината на пумпата е комплицирана бидејќи се вклучени многу аспекти: ефикасност на преносот, губење на осветленоста, леснотија на обработка, флексибилно работење, можни рефлексии на грбот, истекување на светлина од јадрото на влакната до изворот на светлина на пумпата, Задржете го изборот на поларизација итн.
Иако неодамнешниот развој на уредите со оптички влакна со висока моќност е многу брз, сè уште има некои ограничувања кои го попречуваат понатамошниот развој:
Интензитетот на светлината на уредите со оптички влакна со висока моќност е многу подобрен. Сега обично може да се достигне прагот на материјална штета. Затоа, постои потреба да се зголеми површината на режимот (влакна со голема модна површина), но овој метод има ограничувања кога е потребен квалитет на долгото светло.
Загубата на моќност по единица должина достигна редот од 100 W/m, што резултира со силни термички ефекти во влакното. Употребата на водено ладење може значително да ја подобри моќноста. Подолгите влакна со помали концентрации на допинг полесно се ладат, но тоа ги зголемува нелинеарните ефекти.
За влакна кои не се строго едномодни, постои модална нестабилност кога излезната моќност е поголема од одреден праг, обично неколку стотици вати. Нестабилноста на режимот предизвикува ненадеен пад на квалитетот на зракот, што е ефектот на топлинските решетки во влакното (кои брзо осцилираат во просторот).
Нелинеарноста на влакната влијае на многу аспекти. Дури и при поставување на CW, засилувањето на Раман е толку високо (дури и во децибели) што значителен дел од моќта се пренесува на Стоукс бранот со подолга бранова должина, кој не може да се засили. Работата со една фреквенција е многу ограничена со стимулираното расејување на Брилуин. Се разбира, постојат некои методи на мерење кои можат да го надоместат овој ефект до одреден степен. Ултракратките импулси генерирани во ласери со заклучен режим, самофазната модулација ќе произведе силен ефект на спектрално проширување на нив. Покрај тоа, постојат и други проблеми со инјектирање на нелинеарна поларизациска ротација.
Поради горенаведените ограничувања, уредите со оптички влакна со висока моќност генерално не се сметаат за строго скалабилни уреди за моќност, барем не надвор од опсегот на достижна моќност. (Претходните подобрувања не беа постигнати со еднократно скалирање, туку со подобрени дизајни на влакна и диоди на пумпата.) Ова има важни последици кога се споредува технологијата на ласерски влакна со ласери со тенок диск. Подетално е опишано во записот Калибрација на моќност со ласер.
Дури и без вистинско скалирање на моќноста, може да се направи многу работа за да се подобрат ласерските поставки со висока моќност. Од една страна, неопходно е да се подобри дизајнот на влакната, како што е користење на голема област на режим на влакно и насочување во еден режим, што обично се постигнува со користење на фотонски кристални влакна. Многу компоненти на влакна се многу важни, како што се специјални спојки на пумпи, конусни влакна за поврзување на влакна со различни големини на режимот и специјални уреди за ладење на влакна. Откако ќе се достигне ограничувањето на моќноста на одредено влакно, композитните греди се друга опција и постојат соодветни поставки на влакна за да се имплементира оваа техника. За системи со ултракратки импулсни засилувачи, постојат многу пристапи за намалување или дури и делумно искористување на нелинеарните ефекти на оптичките влакна, како што се проширување на спектарот и последователна пулсна компресија.