उच्च शक्ति फाइबर लेजर और एम्पलीफायर

विशेष रूप से उच्च शक्तियों के लिए, कोर क्षेत्र को काफी बड़ा होना चाहिए, क्योंकि प्रकाश की तीव्रता बहुत अधिक होगी, और दूसरा कारण यह है कि डबल-क्लैड फाइबर में कोर क्षेत्र में क्लैडिंग का अनुपात बड़ा है, जिसके परिणामस्वरूप कम पंप अवशोषण होता है। जब कोर क्षेत्र कई हजार वर्ग माइक्रोमीटर के क्रम पर होता है, तो एकल-मोड फाइबर कोर का उपयोग करना संभव होता है। मल्टीमोड फाइबर का उपयोग करते हुए, जब मोड क्षेत्र अपेक्षाकृत बड़ा होता है, तो अच्छी गुणवत्ता का आउटपुट बीम प्राप्त किया जा सकता है, और प्रकाश तरंग मुख्य रूप से मौलिक मोड है। (उच्च शक्तियों पर मजबूत मोड युग्मन के मामले को छोड़कर, फाइबर को घुमाकर कुछ हद तक उच्च-क्रम मोड का उत्तेजना भी संभव है) जैसे-जैसे मोड क्षेत्र बड़ा होता जाता है, बीम की गुणवत्ता अब विवर्तन-सीमित नहीं रह सकती है, लेकिन तुलना की जाती है उदाहरण के लिए, रॉड लेजर समान शक्ति तीव्रता पर काम करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप बीम की गुणवत्ता अभी भी काफी अच्छी है।

बहुत अधिक शक्ति वाले पंप लाइट को कैसे इंजेक्ट किया जाए, इसके लिए कई विकल्प हैं। सबसे आसान तरीका है कि क्लैडिंग को सीधे फाइबर पोर्ट पर पंप किया जाए। इस विधि के लिए विशेष फाइबर घटकों की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन उच्च-शक्ति पंप प्रकाश को हवा में फैलने की आवश्यकता होती है, विशेष रूप से एयर-ग्लास इंटरफ़ेस, जो धूल या गलत संरेखण के प्रति बहुत संवेदनशील होता है। कई मामलों में, फाइबर-युग्मित पंप डायोड का उपयोग करना बेहतर होता है, ताकि पंप प्रकाश हमेशा फाइबर में प्रसारित हो। एक अन्य विकल्प यह है कि पंप की रोशनी को एक निष्क्रिय फाइबर (अनडोप्ड) में डाला जाए और निष्क्रिय फाइबर को डोप किए गए फाइबर के चारों ओर लपेट दिया जाए ताकि पंप की रोशनी धीरे-धीरे डोप किए गए फाइबर में स्थानांतरित हो जाए। कुछ पंप फाइबर और डोप्ड सिग्नल फाइबर को एक साथ फ्यूज करने के लिए एक विशेष पंप संयोजन उपकरण का उपयोग करने के कुछ तरीके हैं। साइड-पंप फाइबर कॉइल (फाइबर डिस्क लेजर), या पंप क्लैडिंग में खांचे पर आधारित अन्य विधियां हैं ताकि पंप प्रकाश को इंजेक्ट किया जा सके। बाद की तकनीक पंप प्रकाश के बहु-बिंदु इंजेक्शन की अनुमति देती है, इस प्रकार थर्मल लोड को बेहतर ढंग से वितरित करती है।

चित्र 2: एक उच्च शक्ति वाले डबल-क्लैड फाइबर एम्पलीफायर सेटअप का आरेख, जिसमें पंप लाइट मुक्त स्थान के माध्यम से फाइबर पोर्ट में प्रवेश कर रही है। गैस ग्लास इंटरफ़ेस सख्ती से संरेखित और साफ होना चाहिए।

पंप प्रकाश को इंजेक्ट करने के सभी तरीकों के बीच तुलना जटिल है क्योंकि इसमें कई पहलू शामिल हैं: स्थानांतरण दक्षता, चमक हानि, प्रसंस्करण में आसानी, लचीला संचालन, संभावित बैक प्रतिबिंब, फाइबर कोर से पंप प्रकाश स्रोत तक प्रकाश रिसाव, विकल्प रखें ध्रुवीकरण आदि का.
हालाँकि उच्च-शक्ति फाइबर ऑप्टिक उपकरणों का हालिया विकास बहुत तेजी से हुआ है, फिर भी कुछ सीमाएँ हैं जो आगे के विकास में बाधा डालती हैं:
उच्च शक्ति फाइबर ऑप्टिक उपकरणों की प्रकाश तीव्रता में काफी सुधार हुआ है। सामग्री क्षति सीमा तक अब आमतौर पर पहुंचा जा सकता है। इसलिए, मोड क्षेत्र (बड़े मोड क्षेत्र फाइबर) को बढ़ाने की आवश्यकता है, लेकिन उच्च बीम गुणवत्ता की आवश्यकता होने पर इस विधि की सीमाएं हैं।
प्रति यूनिट लंबाई में बिजली की हानि 100W/m के क्रम तक पहुंच गई है, जिसके परिणामस्वरूप फाइबर में मजबूत थर्मल प्रभाव होता है। वाटर कूलिंग के उपयोग से शक्ति में काफी सुधार हो सकता है। कम डोपिंग सांद्रता वाले लंबे फाइबर को ठंडा करना आसान होता है, लेकिन इससे नॉनलाइनियर प्रभाव बढ़ जाता है।
कड़ाई से एकल-मोड फाइबर के लिए, जब आउटपुट पावर एक निश्चित सीमा से अधिक होती है, आमतौर पर कुछ सौ वाट होती है, तो मोडल अस्थिरता होती है। मोड अस्थिरता के कारण बीम की गुणवत्ता में अचानक गिरावट आती है, जो फाइबर में थर्मल झंझरी का प्रभाव है (जो अंतरिक्ष में तेजी से दोलन करता है)।
फाइबर की गैर-रैखिकता कई पहलुओं को प्रभावित करती है। यहां तक ​​कि सीडब्ल्यू सेटअप में भी, रमन लाभ इतना अधिक है (यहां तक ​​कि डेसीबल में भी) कि शक्ति का एक महत्वपूर्ण हिस्सा लंबी तरंग दैर्ध्य स्टोक्स तरंग में स्थानांतरित हो जाता है, जिसे बढ़ाया नहीं जा सकता है। एकल-आवृत्ति ऑपरेशन उत्तेजित ब्रिलोइन बिखरने से बहुत सीमित है। बेशक, कुछ माप विधियां हैं जो इस प्रभाव को कुछ हद तक कम कर सकती हैं। मोड-लॉक लेजर में उत्पन्न अल्ट्राशॉर्ट पल्स, स्व-चरण मॉड्यूलेशन उन पर एक मजबूत वर्णक्रमीय चौड़ीकरण प्रभाव पैदा करेगा। इसके अलावा, गैर-रेखीय ध्रुवीकरण रोटेशन को इंजेक्ट करने की अन्य समस्याएं भी हैं।
उपरोक्त सीमाओं के कारण, उच्च शक्ति फाइबर ऑप्टिक उपकरणों को आमतौर पर स्केलेबल पावर डिवाइस नहीं माना जाता है, कम से कम प्राप्त करने योग्य पावर रेंज के बाहर नहीं। (पिछले सुधार एकल पावर स्केलिंग के साथ नहीं, बल्कि बेहतर फाइबर डिजाइन और पंप डायोड के साथ हासिल किए गए थे।) फाइबर लेजर तकनीक की पतली डिस्क लेजर से तुलना करने पर इसके महत्वपूर्ण परिणाम होते हैं। इसका वर्णन लेजर पावर कैलिब्रेशन प्रविष्टि में अधिक विस्तार से किया गया है।
वास्तविक पावर स्केलिंग के बिना भी, उच्च-शक्ति लेजर सेटअप को बेहतर बनाने के लिए बहुत काम किया जा सकता है। एक ओर, फाइबर डिज़ाइन में सुधार करना आवश्यक है, जैसे कि बड़े फाइबर मोड क्षेत्र और एकल-मोड मार्गदर्शन का उपयोग करना, जो आमतौर पर फोटोनिक क्रिस्टल फाइबर का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है। कई फाइबर घटक बहुत महत्वपूर्ण हैं, जैसे विशेष पंप कप्लर्स, विभिन्न मोड आकारों के साथ फाइबर को जोड़ने के लिए फाइबर टेपर और विशेष फाइबर कूलिंग डिवाइस। एक बार जब एक निश्चित फाइबर की शक्ति सीमा पूरी हो जाती है, तो मिश्रित बीम एक अन्य विकल्प होता है, और इस तकनीक को लागू करने के लिए उपयुक्त फाइबर सेटअप मौजूद होते हैं। अल्ट्राशॉर्ट पल्स एम्पलीफायर सिस्टम के लिए, ऑप्टिकल फाइबर के नॉनलाइनियर प्रभावों को कम करने या यहां तक ​​कि आंशिक रूप से शोषण करने के लिए कई दृष्टिकोण हैं, जैसे स्पेक्ट्रम चौड़ीकरण और बाद में पल्स संपीड़न।