हाय पॉवर फायबर लेसर आणि अॅम्प्लीफायर्स

विशेषत: उच्च शक्तींसाठी, कोर क्षेत्र पुरेसे मोठे असणे आवश्यक आहे, कारण प्रकाशाची तीव्रता खूप जास्त असेल आणि दुसरे कारण म्हणजे डबल-क्लड फायबरमध्ये क्लॅडिंग आणि कोर एरियाचे गुणोत्तर मोठे आहे, परिणामी पंप शोषण कमी होते. जेव्हा कोर क्षेत्र अनेक हजार चौरस मायक्रोमीटरच्या ऑर्डरवर असते, तेव्हा सिंगल-मोड फायबर कोर वापरणे व्यवहार्य असते. मल्टीमोड फायबर वापरून, जेव्हा मोड क्षेत्र तुलनेने मोठे असते, तेव्हा चांगल्या गुणवत्तेचा आउटपुट बीम मिळवता येतो आणि प्रकाश लहर हा मुख्यतः मूलभूत मोड असतो. (उच्च शक्तींवर मजबूत मोड कपलिंगच्या बाबतीत वगळता, उच्च-ऑर्डर मोडचे उत्तेजन काही प्रमाणात फायबर वाइंडिंगद्वारे देखील शक्य आहे) मोडचे क्षेत्रफळ मोठे झाल्यावर, बीमची गुणवत्ता यापुढे विवर्तन-मर्यादित राहू शकत नाही, परंतु तुलना केली जाते. उदा. समान उर्जा तीव्रतेवर कार्यरत रॉड लेसरसाठी, परिणामी बीमची गुणवत्ता अजूनही चांगली आहे.

खूप उच्च पॉवर पंप लाइट कसा इंजेक्ट करावा यासाठी अनेक पर्याय आहेत. क्लॅडिंग थेट फायबर पोर्टवर पंप करणे हा सर्वात सोपा मार्ग आहे. या पद्धतीसाठी विशेष फायबर घटकांची आवश्यकता नसते, परंतु उच्च-शक्ती पंप प्रकाश हवेमध्ये प्रसारित करणे आवश्यक आहे, विशेषत: एअर-ग्लास इंटरफेस, जो धूळ किंवा चुकीच्या संरेखनास अतिशय संवेदनशील आहे. बर्याच प्रकरणांमध्ये, फायबर-कपल्ड पंप डायोड वापरणे श्रेयस्कर आहे, जेणेकरून पंप प्रकाश नेहमी फायबरमध्ये प्रसारित केला जातो. दुसरा पर्याय म्हणजे पंप लाइटला पॅसिव्ह फायबर (नडॉप केलेले) मध्ये फीड करणे आणि निष्क्रिय फायबर डोपड फायबरभोवती गुंडाळणे जेणेकरून पंपचा प्रकाश हळूहळू डोप केलेल्या फायबरमध्ये हस्तांतरित होईल. काही पंप तंतू आणि डोप केलेले सिग्नल फायबर एकत्र जोडण्यासाठी विशेष पंप संयोजन यंत्र वापरण्याचे काही मार्ग आहेत. साइड-पंप केलेल्या फायबर कॉइल्स (फायबर डिस्क लेसर), किंवा पंप क्लॅडिंगमधील ग्रूव्हवर आधारित इतर पद्धती आहेत ज्यामुळे पंप लाइट इंजेक्ट करता येतो. नंतरचे तंत्र पंप लाइटच्या मल्टी-पॉइंट इंजेक्शनसाठी परवानगी देते, त्यामुळे थर्मल लोडचे वितरण अधिक चांगले होते.

आकृती 2: हाय-पॉवर डबल-क्लड फायबर अॅम्प्लिफायर सेटअपचे आकृती ज्यामध्ये पंप प्रकाश मोकळ्या जागेतून फायबर पोर्टमध्ये प्रवेश करतो. गॅस ग्लास इंटरफेस काटेकोरपणे संरेखित आणि स्वच्छ असणे आवश्यक आहे.

पंप लाइट इंजेक्ट करण्याच्या सर्व पद्धतींमध्ये तुलना करणे क्लिष्ट आहे कारण अनेक पैलू गुंतलेले आहेत: हस्तांतरण कार्यक्षमता, चमक कमी होणे, प्रक्रियेत सुलभता, लवचिक ऑपरेशन, संभाव्य बॅक रिफ्लेक्शन, फायबर कोरमधून पंप प्रकाश स्रोतापर्यंत प्रकाश गळती, निवड ठेवा. ध्रुवीकरण इ.
हाय-पॉवर फायबर ऑप्टिक उपकरणांचा अलीकडील विकास खूप वेगवान झाला असला तरी, अजूनही काही मर्यादा आहेत ज्या पुढील विकासात अडथळा आणतात:
हाय पॉवर फायबर ऑप्टिक उपकरणांची प्रकाश तीव्रता खूप सुधारली आहे. सामग्रीचे नुकसान थ्रेशोल्ड आता सहसा गाठले जाऊ शकते. म्हणून, मोड क्षेत्र (मोठे मोड क्षेत्र तंतू) वाढवण्याची गरज आहे, परंतु उच्च बीम गुणवत्ता आवश्यक असताना या पद्धतीला मर्यादा आहेत.
प्रति युनिट लांबीचे पॉवर लॉस 100W/m च्या क्रमाने पोहोचले आहे, परिणामी फायबरमध्ये मजबूत थर्मल प्रभाव पडतो. वॉटर कूलिंगचा वापर केल्याने शक्ती मोठ्या प्रमाणात सुधारू शकते. कमी डोपिंग सांद्रता असलेले लांब तंतू थंड करणे सोपे आहे, परंतु यामुळे नॉनलाइनर प्रभाव वाढतो.
काटेकोरपणे सिंगल-मोड फायबर नसलेल्यांसाठी, जेव्हा आउटपुट पॉवर एका विशिष्ट थ्रेशोल्डपेक्षा जास्त असते, विशेषत: काही शंभर वॅट्स असतात तेव्हा मोडल अस्थिरता असते. मोड अस्थिरतेमुळे बीमच्या गुणवत्तेत अचानक घट होते, जी फायबरमधील थर्मल ग्रेटिंग्सचा प्रभाव आहे (जे अंतराळात वेगाने फिरते).
फायबर नॉनलाइनरिटी अनेक पैलूंवर परिणाम करते. CW सेटअपमध्येही, रमन गेन इतका जास्त असतो (डेसिबलमध्येही) की पॉवरचा एक महत्त्वाचा भाग लांब तरंगलांबीच्या स्टोक्स वेव्हमध्ये हस्तांतरित केला जातो, ज्याला वाढवता येत नाही. एकल-फ्रिक्वेंसी ऑपरेशन उत्तेजित ब्रिल्युइन स्कॅटरिंगद्वारे मोठ्या प्रमाणात मर्यादित आहे. अर्थात, काही मोजमाप पद्धती आहेत ज्या या प्रभावाला काही प्रमाणात ऑफसेट करू शकतात. मोड-लॉक्ड लेसर, सेल्फ-फेज मॉड्युलेशनमध्ये व्युत्पन्न केलेल्या अल्ट्राशॉर्ट पल्स त्यांच्यावर मजबूत स्पेक्ट्रल ब्रॉडिंग प्रभाव निर्माण करतील. याव्यतिरिक्त, नॉनलाइनर ध्रुवीकरण रोटेशन इंजेक्शनच्या इतर समस्या आहेत.
वरील मर्यादांमुळे, उच्च पॉवर फायबर ऑप्टिक उपकरणे सामान्यत: काटेकोरपणे स्केलेबल पॉवर उपकरणे मानली जात नाहीत, किमान साध्य करण्यायोग्य पॉवर श्रेणीच्या बाहेर नाहीत. (मागील सुधारणा सिंगल पॉवर स्केलिंगसह साध्य केल्या गेल्या नाहीत, परंतु सुधारित फायबर डिझाइन आणि पंप डायोडसह.) फायबर लेसर तंत्रज्ञानाची पातळ डिस्क लेसरशी तुलना करताना याचे महत्त्वपूर्ण परिणाम आहेत. लेझर पॉवर कॅलिब्रेशन एंट्रीमध्ये त्याचे अधिक तपशीलवार वर्णन केले आहे.
वास्तविक पॉवर स्केलिंगशिवाय देखील, उच्च-शक्ती लेसर सेटअप सुधारण्यासाठी बरेच काम केले जाऊ शकते. एकीकडे, फायबर डिझाइन सुधारणे आवश्यक आहे, जसे की मोठे फायबर मोड क्षेत्र वापरणे आणि एकल-मोड मार्गदर्शन, जे सहसा फोटोनिक क्रिस्टल तंतू वापरून प्राप्त केले जाते. अनेक फायबर घटक खूप महत्वाचे आहेत, जसे की स्पेशल पंप कप्लर्स, फायबर टॅपर्स फायबरला वेगवेगळ्या मोड आकारांसह जोडण्यासाठी आणि विशेष फायबर कूलिंग डिव्हाइसेस. एका विशिष्ट फायबरची उर्जा मर्यादा गाठली की, संमिश्र बीम हा दुसरा पर्याय आहे आणि या तंत्राची अंमलबजावणी करण्यासाठी योग्य फायबर सेटअप अस्तित्वात आहेत. अल्ट्राशॉर्ट पल्स अॅम्प्लिफायर सिस्टीमसाठी, स्पेक्ट्रम ब्रॉडनिंग आणि त्यानंतरचे पल्स कॉम्प्रेशन यांसारख्या ऑप्टिकल फायबरच्या नॉनलाइनर प्रभावांना कमी करण्यासाठी किंवा अंशतः शोषण करण्यासाठी अनेक पद्धती आहेत.