Laser dan Penguat Gentian Berkuasa Tinggi

Untuk kuasa tinggi terutamanya, kawasan teras perlu cukup besar, kerana keamatan cahaya akan menjadi sangat tinggi, dan sebab lain ialah nisbah pelapisan kepada kawasan teras dalam gentian bersalut dua adalah besar, mengakibatkan penyerapan pam yang rendah. Apabila kawasan teras berada pada susunan beberapa ribu mikrometer persegi, ia boleh digunakan untuk menggunakan teras gentian mod tunggal. Menggunakan gentian berbilang mod, apabila kawasan mod agak besar, pancaran keluaran yang berkualiti boleh diperolehi, dan gelombang cahaya terutamanya mod asas. (Pengujaan mod tertib tinggi juga mungkin sedikit sebanyak dengan menggulung gentian, kecuali untuk kes gandingan mod kuat pada kuasa tinggi) Apabila kawasan mod menjadi lebih besar, kualiti rasuk tidak lagi boleh kekal terhad pembelauan, tetapi dibandingkan Untuk contohnya laser rod yang beroperasi pada keamatan kuasa yang sama, kualiti pancaran yang terhasil masih agak baik.

Terdapat beberapa pilihan untuk cara menyuntik lampu pam kuasa yang sangat tinggi. Cara paling mudah ialah mengepam pelapisan terus di port gentian. Kaedah ini tidak memerlukan komponen gentian khas, tetapi lampu pam berkuasa tinggi perlu merambat di udara, terutamanya antara muka kaca udara, yang sangat sensitif kepada habuk atau salah jajaran. Dalam kebanyakan kes, adalah lebih baik untuk menggunakan diod pam bergandingan gentian, supaya cahaya pam sentiasa dihantar dalam gentian. Pilihan lain ialah memasukkan cahaya pam ke dalam gentian pasif (tidak terdop) dan membalut gentian pasif di sekeliling gentian terdop supaya cahaya pam dipindahkan secara beransur-ansur ke dalam gentian terdop. Terdapat beberapa cara untuk menggunakan peranti gabungan pam khas untuk menggabungkan beberapa gentian pam dan gentian isyarat doped bersama-sama. Terdapat kaedah lain berdasarkan gegelung gentian pam sampingan (laser cakera gentian), atau alur dalam pelapisan pam supaya cahaya pam boleh disuntik. Teknik terakhir membolehkan suntikan berbilang titik cahaya pam, dengan itu mengagihkan beban terma dengan lebih baik.

Rajah 2: Gambar rajah persediaan penguat gentian dwi-salut berkuasa tinggi dengan cahaya pam memasuki port gentian melalui ruang kosong. Antara muka kaca gas mestilah sejajar dan bersih.

Perbandingan antara semua kaedah menyuntik cahaya pam adalah rumit kerana banyak aspek terlibat: kecekapan pemindahan, kehilangan kecerahan, kemudahan pemprosesan, operasi yang fleksibel, kemungkinan pantulan belakang, kebocoran cahaya dari teras gentian ke sumber cahaya pam, Simpan pilihan polarisasi dsb.
Walaupun perkembangan terkini peranti gentian optik berkuasa tinggi sangat pesat, masih terdapat beberapa batasan yang menghalang pembangunan selanjutnya:
Keamatan cahaya peranti gentian optik kuasa tinggi telah dipertingkatkan. Ambang kerosakan material kini biasanya boleh dicapai. Oleh itu, terdapat keperluan untuk meningkatkan kawasan mod (gentian kawasan mod besar), tetapi kaedah ini mempunyai had apabila kualiti pancaran tinggi diperlukan.
Kehilangan kuasa per unit panjang telah mencapai susunan 100W/m, menghasilkan kesan haba yang kuat dalam gentian. Penggunaan penyejukan air boleh meningkatkan kuasa. Gentian yang lebih panjang dengan kepekatan doping yang lebih rendah lebih mudah disejukkan, tetapi ini meningkatkan kesan tak linear.
Untuk gentian mod tunggal bukan sahaja, terdapat ketidakstabilan modal apabila kuasa output lebih besar daripada ambang tertentu, biasanya beberapa ratus watt. Ketidakstabilan mod menyebabkan kejatuhan mendadak dalam kualiti rasuk, yang merupakan kesan jeriji haba dalam gentian (yang berayun dengan cepat di angkasa).
Ketaklinearan gentian mempengaruhi banyak aspek. Walaupun dalam persediaan CW, keuntungan Raman adalah sangat tinggi (walaupun dalam desibel) sehinggakan sebahagian besar kuasa dipindahkan ke gelombang Stokes dengan panjang gelombang yang lebih panjang, yang tidak boleh dikuatkan. Operasi frekuensi tunggal sangat terhad oleh penyebaran Brillouin yang dirangsang. Sudah tentu, terdapat beberapa kaedah pengukuran yang boleh mengimbangi kesan ini pada tahap tertentu. Denyutan ultrashort yang dihasilkan dalam laser terkunci mod, modulasi fasa kendiri akan menghasilkan kesan peluasan spektrum yang kuat pada mereka. Di samping itu, terdapat masalah lain untuk menyuntik putaran polarisasi tak linear.
Disebabkan oleh had di atas, peranti gentian optik kuasa tinggi secara amnya tidak dianggap sebagai peranti kuasa boleh skala, sekurang-kurangnya tidak berada di luar julat kuasa boleh dicapai. (Peningkatan sebelumnya tidak dicapai dengan penskalaan kuasa tunggal, tetapi dengan reka bentuk gentian dan diod pam yang dipertingkatkan.) Ini mempunyai akibat penting apabila membandingkan teknologi laser gentian dengan laser cakera nipis. Ia diterangkan dengan lebih terperinci dalam entri Penentukuran Kuasa Laser.
Walaupun tanpa penskalaan kuasa sebenar, banyak kerja boleh dilakukan untuk meningkatkan persediaan laser berkuasa tinggi. Di satu pihak, adalah perlu untuk memperbaiki reka bentuk gentian, seperti menggunakan kawasan mod gentian yang besar dan panduan mod tunggal, yang biasanya dicapai dengan menggunakan gentian kristal fotonik. Banyak komponen gentian adalah sangat penting, seperti pengganding pam khas, tirus gentian untuk menyambung gentian dengan saiz mod yang berbeza dan peranti penyejukan gentian khas. Setelah had kuasa gentian tertentu dicapai, rasuk komposit adalah pilihan lain, dan tetapan gentian yang sesuai wujud untuk melaksanakan teknik ini. Untuk sistem penguat nadi ultrashort, terdapat banyak pendekatan untuk mengurangkan atau bahkan mengeksploitasi sebahagian kesan bukan linear gentian optik, seperti pelebaran spektrum dan pemampatan nadi seterusnya.