Voor bijzonder hoge vermogens moet het kerngebied groot genoeg zijn, omdat de lichtintensiteit erg hoog zal zijn, en een andere reden is dat de verhouding van bekleding tot kerngebied in dubbel beklede vezels groot is, wat resulteert in een lage pompabsorptie. Wanneer het kerngebied in de orde van enkele duizenden vierkante micrometers ligt, is het haalbaar om een single-mode vezelkern te gebruiken. Met behulp van multimode-vezel kan, wanneer het modusgebied relatief groot is, een uitgangsstraal van goede kwaliteit worden verkregen en is de lichtgolf voornamelijk de fundamentele modus. (Excitatie van modi van hogere orde is tot op zekere hoogte ook mogelijk door de vezel te wikkelen, behalve in het geval van sterke moduskoppeling bij hoge vermogens) Naarmate het modusgebied groter wordt, kan de bundelkwaliteit niet langer diffractiebeperkt blijven, maar vergeleken Voor bijvoorbeeld staaflasers die met vergelijkbare vermogensintensiteiten werken, is de resulterende bundelkwaliteit nog steeds redelijk goed.
Er zijn verschillende opties voor het injecteren van pomplicht met zeer hoog vermogen. De gemakkelijkste manier is om de bekleding rechtstreeks op de vezelpoort te pompen. Deze methode vereist geen speciale vezelcomponenten, maar het krachtige pomplicht moet zich in lucht voortplanten, met name de lucht-glas-interface, die erg gevoelig is voor stof of verkeerde uitlijning. In veel gevallen verdient het de voorkeur om een vezelgekoppelde pompdiode te gebruiken, zodat het pomplicht altijd in de vezel wordt doorgelaten. Een andere optie is om het pomplicht in een passieve vezel (ongedoteerd) te voeren en de passieve vezel om de gedoteerde vezel te wikkelen, zodat het pomplicht geleidelijk in de gedoteerde vezel wordt overgebracht. Er zijn enkele manieren om een speciaal pompcombinatie-apparaat te gebruiken om sommige pompvezels en gedoteerde signaalvezels samen te smelten. Er zijn andere methoden gebaseerd op aan de zijkant gepompte vezelspoelen (vezelschijflasers) of groeven in de pompbekleding zodat het pomplicht kan worden geïnjecteerd. Deze laatste techniek maakt meerpuntsinjectie van pomplicht mogelijk, waardoor de thermische belasting beter wordt verdeeld.
Afbeelding 2: Schema van een krachtige dubbel beklede glasvezelversterkeropstelling met pomplicht dat de glasvezelpoort binnenkomt via vrije ruimte. De interface van het gasglas moet strikt uitgelijnd en schoon zijn.
De vergelijking tussen alle methoden om pomplicht te injecteren is ingewikkeld omdat er veel aspecten bij komen kijken: overdrachtsefficiëntie, helderheidsverlies, verwerkingsgemak, flexibele bediening, mogelijke terugreflecties, lichtlekkage van de vezelkern naar de lichtbron van de pomp, keuze behouden van polarisatie enz.
Hoewel de recente ontwikkeling van krachtige glasvezelapparaten zeer snel is gegaan, zijn er nog enkele beperkingen die verdere ontwikkeling belemmeren:
De lichtintensiteit van krachtige glasvezelapparaten is veel verbeterd. Drempels voor materiële schade kunnen nu meestal worden bereikt. Daarom is er een behoefte om het modusgebied (grote modusgebiedvezels) te vergroten, maar deze methode heeft beperkingen wanneer een hoge bundelkwaliteit vereist is.
Het vermogensverlies per lengte-eenheid heeft de orde van 100 W/m bereikt, wat resulteert in sterke thermische effecten in de vezel. Het gebruik van waterkoeling kan het vermogen aanzienlijk verbeteren. Langere vezels met lagere dopingconcentraties zijn gemakkelijker af te koelen, maar dit verhoogt niet-lineaire effecten.
Voor niet strikt single-mode vezels is er modale instabiliteit wanneer het uitgangsvermogen groter is dan een bepaalde drempel, meestal een paar honderd watt. Mode-instabiliteiten veroorzaken een plotselinge afname van de bundelkwaliteit, wat het effect is van thermische roosters in de vezel (die snel in de ruimte oscilleren).
Niet-lineariteit van vezels heeft invloed op veel aspecten. Zelfs in een CW-opstelling is de Raman-versterking zo hoog (zelfs in decibel) dat een aanzienlijk deel van het vermogen wordt overgedragen naar de Stokes-golf met een langere golflengte, die niet kan worden versterkt. Werking met één frequentie wordt sterk beperkt door gestimuleerde Brillouin-verstrooiing. Natuurlijk zijn er enkele meetmethoden die dit effect tot op zekere hoogte kunnen compenseren. De ultrakorte pulsen die worden gegenereerd in lasers met modusvergrendeling, zelffasemodulatie, zullen een sterk spectraalverbredend effect op hen hebben. Bovendien zijn er andere problemen bij het injecteren van niet-lineaire polarisatierotatie.
Vanwege de bovenstaande beperkingen worden glasvezelapparaten met hoog vermogen over het algemeen niet strikt beschouwd als schaalbare apparaten, althans niet buiten het haalbare vermogensbereik. (Eerdere verbeteringen werden niet bereikt met single power scaling, maar met verbeterde vezelontwerpen en pompdiodes.) Dit heeft belangrijke consequenties bij het vergelijken van fiberlasertechnologie met dunne schijflasers. Het wordt in meer detail beschreven in het artikel Laser Power Calibration.
Zelfs zonder echte vermogensschaling kan er veel werk worden verzet om krachtige laseropstellingen te verbeteren. Aan de ene kant is het nodig om het vezelontwerp te verbeteren, zoals het gebruik van een groot vezelmodusgebied en single-mode geleiding, wat meestal wordt bereikt door fotonische kristalvezels te gebruiken. Veel vezelcomponenten zijn erg belangrijk, zoals speciale pompkoppelingen, vezelversmallingen om vezels met verschillende modusgroottes te verbinden en speciale vezelkoelapparaten. Zodra de vermogenslimiet van een bepaalde vezel is bereikt, zijn composietbundels een andere optie en bestaan er geschikte vezelopstellingen om deze techniek te implementeren. Voor ultrakorte pulsversterkersystemen zijn er veel benaderingen om de niet-lineaire effecten van optische vezels te verminderen of zelfs gedeeltelijk te benutten, zoals spectrumverbreding en daaropvolgende pulscompressie.
Copyright @ 2020 Shenzhen Box Optronics Technology Co., Ltd. - China Fiber Optic Modules, Fiber Coupled Lasers Fabrikanten, Laser Components Suppliers Alle rechten voorbehouden.
