S jednomodnim fiber laserima koji dosežu 10 KW i multimodnim fiber laserima koji dosežu 50 KW, fiber laseri izlaze iz industrijskog polja i ulaze u vojne primjene, postajući kandidati za visokoenergetsko lasersko oružje raspoređeno na bojnom polju.
U ranim danima laserske tehnologije, najbolji način za dobivanje laserskog izlaza velike snage bio je izvlačenje energije iz velikih količina laserskog materijala. Još uvijek postoje neke aplikacije koje koriste ovaj pristup, kao što je National Ignition Facility (NIF) u Nacionalnom laboratoriju Lake Trent, koji koristi velika staklena pojačala za pojačavanje impulsa na 1,8 M. Ali za mnoge industrijske primjene vlakno dopirano iterbijem postalo je idealan izbor za laserske medije velike snage.
Fiber laseri su daleko odmakli u pogledu snage otkako je Elilas Snitzer izumio prvi fiber laser 1963. U lipnju 2009. IPG Photonics je na Laser Showu u Münchenu objavio monomodni fiber laser s kontinuiranim valom izlazne snage od 10 KW Solid-State Laser and Semiconductor Laser Conference čiji je domaćin Društvo stručnjaka za usmjerenu energiju (DEPS). Bi Shiner, potpredsjednik industrijskih tržišta u IPG Photonicsu, rekao je da je IPG proizveo multimodne fiber lasere s izlaznom snagom do 50kW, a Raytheon je testirao njihove potencijalne primjene kao lasersko oružje. Međutim, glavna djelatnost IPG-a i dalje je primjena industrijske obrade materijala, od rezanja silicijskih pločica za solarne ćelije do robotskog zavarivanja metalnih ploča.
Zašto odabrati vlakna?
Slično ostalim laserima s diodnom pumpom, laseri s vlaknima u biti pretvaraju lasere s pumpom niske kvalitete u laserske izlaze više kvalitete, koji se mogu koristiti u mnogim područjima kao što su medicinski tretmani, obrada materijala i lasersko oružje. U smislu postizanja izlazne snage velike snage, vlaknasti laseri imaju dvije važne prednosti: jedna je proces od svjetla pumpe do visokokvalitetnog izlaznog svjetla, koje ima visoku učinkovitost pretvorbe; drugi je dobra sposobnost odvođenja topline.
Razlog zašto laseri s vlaknima mogu postići visoku učinkovitost uglavnom je zbog pumpanja dioda, pažljivog odabira medija za dopiranje pojačanja i optimiziranog dizajna vlakana. Optičko vlakno koje se koristi u vlaknastim laserima velike snage sadrži unutarnju jezgru dopiranu medijem pojačanja i vanjsku jezgru koja ograničava svjetlo pumpe. Svjetlo pumpe može ući u vanjsku jezgru kroz čeonu površinu vlakna ili se spojiti u vanjsku jezgru uzduž strane vlakna u smjeru gotovo paralelnom s osi vlakna (vidi sliku 1). Posljednja se metoda naziva "bočno pumpanje", ali to ne znači da svjetlo pumpe ulazi u lasersku šupljinu bočno poput bulk lasera. Nakon što se svjetlo pumpe uvede u vanjsku jezgru, više puta će prolaziti kroz unutarnju jezgru duž vlakna kako bi se postiglo učinkovito pumpanje. Potom se stimulirano zračenje provodi duž unutarnje jezgre i kontinuirano akumulira energiju za emitiranje laserskog svjetla visokog intenziteta.
Većina vlaknastih lasera ima dopante, a to je zato što selektivno zrcalo može postići mali kvantni gubitak (razlika energije između fotona pumpe i izlaznog fotona). Kada se koristi svjetlo pumpe od 975 nm za proizvodnju izlaznog svjetla od 1035 nm, vrijednost kvantnog gubitka je samo 6%. Za usporedbu, kvantni gubitak lasera dopiranog neodimijem pumpanog na 808 nm i emitiranog na 1064 nm je čak 20%. Manji kvantni gubici omogućuju da optičko-optička učinkovitost pumpanja lasera dopiranih vlaknima premaši 60%, što, u kombinaciji s 50% elektrooptičke učinkovitosti pretvorbe diode pumpe, znači da ukupna učinkovitost pretvorbe vlaknastog lasera može doseći 30 %.
Vlaknasta struktura ima veliku površinu po jedinici volumena, što pomaže optičkom laseru u raspršivanju topline, ali čak i uz vodeno hlađenje, rasipanje topline ograničit će njegovu izvedbu. Prije pet godina, istraživači su se nadali postići veće snage povećanjem razine dopinga i veličine unutarnje jezgre, ali Johan Nilsson sa Sveučilišta u Southamptonu rekao je da pri visokim prosječnim snagama, jer je zaostalu toplinu teško ukloniti iz vlakna, " vraća se ograničenje toplinskog učinka."
