Kuna ühemoodiliste kiudlaserite võimsus ulatub 10 kW-ni ja mitmemoodiliste kiudlaserite võimsus ulatub 50 kW-ni, murravad kiudlaserid tööstusvaldkonnast välja ja sisenevad sõjalistesse rakendustesse, muutudes lahinguväljal kasutatavate suure energiatarbega laserrelvade kandidaadiks.
Lasertehnoloogia algusaegadel oli parim viis suure võimsusega laserväljundi saamiseks energia ammutamine suurtest lasermaterjalidest. Endiselt on mõned rakendused, mis kasutavad seda lähenemisviisi, näiteks National Ignition Facility (NIF) Lake Trent National Laboratory'is, mis kasutab suuri klaasvõimendeid impulsside võimendamiseks 1,8 M-ni. Kuid paljude tööstuslike rakenduste jaoks on ytterbiumiga legeeritud kiud saanud ideaalne valik suure võimsusega laserkandja jaoks.
Kiudlaserid on võimsuse osas kaugele jõudnud pärast seda, kui Elilas Snitzer leiutas 1963. aastal esimese kiudlaseri. 2009. aasta juunis lasi IPG Photonics Müncheni lasernäitusel välja pidevlaine ühemoodilise kiudlaseri väljundvõimsusega 10 kW. tahkislaserite ja pooljuhtlaserite konverents, mille korraldas Directed Energy Professionals Society (DEPS). IPG Photonicsi tööstusturgude asepresident Bi Shiner ütles, et IPG on tootnud kuni 50 kW väljundvõimsusega mitmemoodilisi kiudlasereid ja Raytheon on katsetanud nende potentsiaalseid rakendusi laserrelvadena. IPG põhitegevuseks on aga endiselt tööstuslike materjalide töötlemise rakendused, alates päikesepatareide jaoks mõeldud räniplaatide lõikamisest kuni metallplaatide robotkeevitamiseni.
Miks valida kiudaineid?
Sarnaselt teistele dioodpumbaga laseritele muudavad kiudlaserid sisuliselt madala kvaliteediga pumplaserid kõrgema kvaliteediga laserväljunditeks, mida saab kasutada paljudes valdkondades, nagu ravi, materjalitöötlus ja laserrelvad. Suure võimsusega väljundi saavutamiseks on kiudlaseritel kaks olulist eelist: üks on protsess pumbavalgusest kvaliteetse väljundvalguseni, millel on kõrge muundamise efektiivsus; teine on hea soojuseraldusvõime.
Põhjus, miks kiudlaserid võivad saavutada kõrge efektiivsuse, on peamiselt tingitud dioodide pumpamisest, võimendusaine hoolikast valikust ja optimeeritud kiudude disainist. Suure võimsusega kiudlaserites kasutatav optiline kiud sisaldab võimenduskeskkonnaga legeeritud sisemist südamikku ja välimist südamikku, mis piirab pumba valgust. Pumba tuli võib siseneda välissüdamikusse läbi kiu otspinna või olla ühendatud välissüdamikuga piki kiu külge kiu teljega peaaegu paralleelses suunas (vt joonis 1). Viimast meetodit nimetatakse "külgpumpamiseks", kuid see ei tähenda, et pumba valgus siseneb laseriõõnde külgmiselt nagu masslaser. Kui pumba tuli sisestatakse välissüdamikusse, läbib see tõhusa pumpamise saavutamiseks korduvalt piki kiudu sisemist südamikku. Seejärel juhitakse stimuleeritud kiirgust mööda sisemist südamikku ja see kogub pidevalt energiat kõrge intensiivsusega laservalguse väljastamiseks.
Enamikul kiudlaseritel on lisandid, mis on tingitud sellest, et selektiivne peegel võib tekitada väikese kvantkao (energia erinevus pumba footoni ja väljundfootoni vahel). Kui kasutate 975 nm pumbavalgustit 1035 nm väljundvalguse tootmiseks, on kvantkao väärtus ainult 6%. Võrdluseks, 808 nm juures pumbatava ja 1064 nm juures väljalaskva neodüümiga legeeritud laseri kvantkadu on koguni 20%. Väiksemad kvantkaod võimaldavad fiiberoptilise pumpamise efektiivsusel ületada 60%, mis koos pumbadioodi 50% elektrooptilise muundamise efektiivsusega tähendab, et fiiberoptilise muundamise efektiivsus võib ulatuda 30-ni. %.
Kiudstruktuuril on suur pindala ruumalaühiku kohta, mis aitab kiudlaseril soojust hajutada, kuid isegi vesijahutuse korral piirab soojuse hajumine selle jõudlust. Viis aastat tagasi lootsid teadlased dopingusisalduse ja sisemise südamiku suuruse suurendamise kaudu väljastada suuremaid võimsusi, kuid Johan Nilsson Southamptoni ülikoolist ütles, et suure keskmise võimsuse korral, kuna jääksoojust on kiust raske eemaldada, termilise efekti piirang on tagasi."
