ไฟเบอร์เลเซอร์และแอมพลิไฟเออร์กำลังสูง

สำหรับกำลังสูงเป็นพิเศษ พื้นที่แกนจะต้องมีขนาดใหญ่เพียงพอ เนื่องจากความเข้มของแสงจะสูงมาก และอีกเหตุผลหนึ่งก็คืออัตราส่วนของการหุ้มต่อพื้นที่แกนในเส้นใยแบบหุ้มสองชั้นมีมาก ส่งผลให้การดูดซึมของปั๊มต่ำ เมื่อพื้นที่คอร์มีขนาดหลายพันตารางไมโครเมตร มีความเป็นไปได้ที่จะใช้ไฟเบอร์คอร์โหมดเดียว การใช้มัลติโหมดไฟเบอร์ เมื่อพื้นที่โหมดค่อนข้างใหญ่ สามารถรับลำแสงเอาต์พุตที่มีคุณภาพดีได้ และคลื่นแสงเป็นโหมดพื้นฐานเป็นส่วนใหญ่ (การกระตุ้นของโหมดลำดับที่สูงกว่าสามารถทำได้ในระดับหนึ่งโดยการพันเส้นใย ยกเว้นกรณีของการมีเพศสัมพันธ์ในโหมดแรงสูงที่กำลังสูง) เมื่อพื้นที่โหมดมีขนาดใหญ่ขึ้น คุณภาพของลำแสงจะไม่สามารถจำกัดการเลี้ยวเบนได้อีกต่อไป แต่เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว สำหรับ เช่น เลเซอร์แบบแท่งที่ทำงานที่ความเข้มของพลังงานใกล้เคียงกัน คุณภาพของลำแสงที่ได้ก็ยังค่อนข้างดี

มีตัวเลือกมากมายสำหรับวิธีการฉีดไฟปั๊มกำลังสูงมากๆ วิธีที่ง่ายที่สุดคือการปั๊มหุ้มโดยตรงที่พอร์ตไฟเบอร์ วิธีนี้ไม่ต้องการส่วนประกอบเส้นใยพิเศษ แต่แสงของปั๊มกำลังสูงจำเป็นต้องกระจายไปในอากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งส่วนต่อประสานกระจกอากาศ ซึ่งมีความไวต่อฝุ่นหรือการเยื้องศูนย์มาก ในหลายกรณี ควรใช้ไดโอดปั๊มคู่ไฟเบอร์ เพื่อให้แสงของปั๊มถูกส่งไปในไฟเบอร์เสมอ อีกทางเลือกหนึ่งคือการป้อนแสงของปั๊มเข้าไปในเส้นใยแบบพาสซีฟ (ไม่ได้เจือปน) และพันเส้นใยแบบพาสซีฟไว้รอบๆ เส้นใยเจือเพื่อให้แสงของปั๊มค่อยๆ ถ่ายโอนเข้าไปในเส้นใยเจือ มีบางวิธีในการใช้อุปกรณ์รวมปั๊มแบบพิเศษเพื่อหลอมรวมเส้นใยปั๊มและเส้นใยสัญญาณเจือปนเข้าด้วยกัน มีวิธีการอื่นๆ ที่ใช้คอยล์ไฟเบอร์ปั๊มด้านข้าง (ไฟเบอร์ดิสก์เลเซอร์) หรือร่องในแผ่นหุ้มปั๊มเพื่อให้สามารถฉีดไฟปั๊มได้ เทคนิคหลังช่วยให้สามารถฉีดไฟปั๊มได้หลายจุด จึงกระจายภาระความร้อนได้ดีขึ้น

รูปที่ 2: ไดอะแกรมของการติดตั้งเครื่องขยายสัญญาณไฟเบอร์แบบหุ้มสองชั้นกำลังสูงพร้อมไฟปั๊มที่เข้าสู่พอร์ตไฟเบอร์ผ่านพื้นที่ว่าง ส่วนต่อประสานกระจกแก๊สต้องอยู่ในแนวเดียวกันและสะอาดอย่างเคร่งครัด

การเปรียบเทียบระหว่างวิธีการฉีดแสงปั๊มทั้งหมดนั้นซับซ้อนเนื่องจากมีหลายแง่มุมที่เกี่ยวข้อง: ประสิทธิภาพการถ่ายโอน การสูญเสียความสว่าง ความสะดวกในการประมวลผล การทำงานที่ยืดหยุ่น การสะท้อนกลับที่เป็นไปได้ การรั่วไหลของแสงจากแกนไฟเบอร์ไปยังแหล่งกำเนิดแสงของปั๊ม เลือกตัวเลือกต่อไป ของโพลาไรเซชัน เป็นต้น
แม้ว่าการพัฒนาอุปกรณ์ไฟเบอร์ออปติกกำลังสูงเมื่อเร็ว ๆ นี้จะเป็นไปอย่างรวดเร็ว แต่ก็ยังมีข้อจำกัดบางประการที่เป็นอุปสรรคต่อการพัฒนาต่อไป:
ความเข้มแสงของอุปกรณ์ใยแก้วนำแสงกำลังสูงดีขึ้นมาก ขณะนี้สามารถเข้าถึงเกณฑ์ความเสียหายของวัสดุได้แล้ว ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเพิ่มพื้นที่โหมด (เส้นใยพื้นที่โหมดขนาดใหญ่) แต่วิธีนี้มีข้อจำกัดเมื่อต้องการคุณภาพลำแสงสูง
การสูญเสียพลังงานต่อหน่วยความยาวถึงลำดับที่ 100W/m ส่งผลให้เกิดความร้อนสูงในไฟเบอร์ การใช้การระบายความร้อนด้วยน้ำสามารถปรับปรุงพลังงานได้อย่างมาก เส้นใยที่ยาวกว่าที่มีความเข้มข้นของยาสลบต่ำกว่าจะทำให้เย็นลงได้ง่ายกว่า แต่สิ่งนี้จะเพิ่มผลกระทบที่ไม่เชิงเส้น
สำหรับไฟเบอร์แบบโหมดเดียวที่ไม่เคร่งครัด มีความไม่เสถียรแบบโมดอลเมื่อกำลังเอาต์พุตมากกว่าเกณฑ์ที่กำหนด ซึ่งโดยทั่วไปคือไม่กี่ร้อยวัตต์ ความไม่เสถียรของโหมดทำให้คุณภาพของลำแสงลดลงอย่างกะทันหัน ซึ่งเป็นผลจากตะแกรงระบายความร้อนในไฟเบอร์ (ซึ่งแกว่งไปมาอย่างรวดเร็วในอวกาศ)
ความไม่เชิงเส้นของไฟเบอร์ส่งผลกระทบหลายด้าน แม้ในการตั้งค่า CW อัตราขยายของ Raman จะสูงมาก (แม้ในหน่วยเดซิเบล) ซึ่งพลังงานส่วนสำคัญถูกถ่ายโอนไปยังคลื่น Stokes ที่มีความยาวคลื่นยาวกว่า ซึ่งไม่สามารถขยายได้ การทำงานความถี่เดียวถูกจำกัดอย่างมากจากการกระเจิงของ Brillouin ที่ถูกกระตุ้น แน่นอนว่ามีวิธีการวัดบางอย่างที่สามารถชดเชยผลกระทบนี้ได้ในระดับหนึ่ง พัลส์เกินขนาดที่สร้างขึ้นในเลเซอร์ที่ล็อกโหมด การมอดูเลตเฟสตัวเองจะสร้างเอฟเฟกต์การขยายสเปกตรัมที่รุนแรงต่อพวกมัน นอกจากนี้ยังมีปัญหาอื่น ๆ ในการฉีดการหมุนโพลาไรซ์แบบไม่เชิงเส้น
เนื่องจากข้อจำกัดข้างต้น โดยทั่วไปแล้วอุปกรณ์ไฟเบอร์ออปติกกำลังสูงไม่ได้รับการพิจารณาอย่างเคร่งครัดว่าเป็นอุปกรณ์พลังงานที่ปรับขนาดได้ อย่างน้อยต้องไม่อยู่นอกช่วงพลังงานที่ทำได้ (การปรับปรุงก่อนหน้านี้ไม่ประสบความสำเร็จด้วยสเกลพลังงานเดียว แต่ด้วยการออกแบบไฟเบอร์และไดโอดปั๊มที่ได้รับการปรับปรุง) สิ่งนี้มีผลกระทบที่สำคัญเมื่อเปรียบเทียบเทคโนโลยีไฟเบอร์เลเซอร์กับเลเซอร์ดิสก์แบบบาง มีการอธิบายรายละเอียดเพิ่มเติมในรายการ การปรับเทียบพลังงานเลเซอร์
แม้จะไม่มีการปรับขนาดกำลังจริง คุณก็สามารถทำงานหลายอย่างเพื่อปรับปรุงการตั้งค่าเลเซอร์กำลังสูงได้ ในแง่หนึ่ง จำเป็นต้องปรับปรุงการออกแบบไฟเบอร์ เช่น การใช้พื้นที่โหมดไฟเบอร์ขนาดใหญ่และคำแนะนำโหมดเดียว ซึ่งมักจะทำได้โดยใช้เส้นใยคริสตัลโทนิค ส่วนประกอบไฟเบอร์จำนวนมากมีความสำคัญมาก เช่น ตัวเชื่อมต่อปั๊มแบบพิเศษ ไฟเบอร์เทเปอร์เพื่อเชื่อมต่อไฟเบอร์ที่มีขนาดโหมดต่างๆ และอุปกรณ์ระบายความร้อนด้วยไฟเบอร์แบบพิเศษ เมื่อถึงขีดจำกัดพลังงานของไฟเบอร์บางชนิด คานคอมโพสิตก็เป็นอีกทางเลือกหนึ่ง และการตั้งค่าไฟเบอร์ที่เหมาะสมจะใช้เทคนิคนี้ สำหรับระบบแอมพลิฟายเออร์พัลส์ที่สั้นเกินขีด มีหลายวิธีในการลดหรือแม้แต่ใช้ประโยชน์จากเอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้นของใยแก้วนำแสงบางส่วน เช่น การขยายสเปกตรัมและการบีบอัดพัลส์ที่ตามมา