Жоғары қуатты талшықты лазерлер мен күшейткіштер

Ерекше жоғары қуаттар үшін өзек аймағы жеткілікті үлкен болуы керек, себебі жарық қарқындылығы өте жоғары болады және тағы бір себеп - қос қапталған талшықтардағы қаптаманың өзек аймағына қатынасы үлкен, нәтижесінде сорғы сіңіру қабілеті төмен. Өзек ауданы бірнеше мың шаршы микрометрге тең болса, бір режимді талшықты өзегін пайдалану орынды. Көп режимді талшықты пайдалану, режим аймағы салыстырмалы түрде үлкен болғанда, жақсы сапалы шығыс сәулесін алуға болады, ал жарық толқыны негізінен негізгі режим болып табылады. (Жоғары ретті режимдерді қоздыру талшықты орау арқылы да белгілі бір дәрежеде мүмкін, жоғары қуаттарда күшті режимді біріктіру жағдайын қоспағанда) Режим аймағы ұлғайған сайын сәуле сапасы дифракциямен шектелмейді, бірақ салыстырылады. Мысалы, ұқсас қуат қарқындылығында жұмыс істейтін таяқша лазерлері үшін алынған сәуле сапасы әлі де жақсы.

Өте жоғары қуатты сорғы жарығын енгізудің бірнеше нұсқасы бар. Ең оңай жолы - қаптаманы тікелей талшық портында сору. Бұл әдіс арнайы талшықты құрамдастарды қажет етпейді, бірақ жоғары қуатты сорғы жарығы ауада таралуы керек, әсіресе шаңға немесе тураланбауға өте сезімтал ауа-әйнек интерфейсі. Көптеген жағдайларда сорғы жарығы әрқашан талшықта берілуі үшін талшықты біріктірілген сорғы диодын қолданған дұрыс. Тағы бір нұсқа - сорғы жарығын пассивті талшыққа (қопсылмаған) беру және пассивті талшықты легирленген талшыққа орау, осылайша сорғы жарығы легирленген талшыққа біртіндеп ауысады. Кейбір сорғы талшықтары мен легирленген сигнал талшықтарын біріктіру үшін арнайы сорғы біріктіру құрылғысын пайдаланудың кейбір жолдары бар. Бүйірлік айдалатын талшықты катушкаларға (талшықты диск лазерлері) немесе сорғы жарығын енгізуге болатын сорғы қаптамасындағы ойықтарға негізделген басқа әдістер бар. Соңғы техника сорғы жарығын көп нүктелі бүркуге мүмкіндік береді, осылайша жылу жүктемесін жақсырақ бөледі.

2-сурет: Бос кеңістік арқылы талшық портына кіретін сорғы жарығы бар жоғары қуатты екі қабатты талшықты күшейткіш қондырғысының диаграммасы. Газ әйнегінің интерфейсі қатаң түрде тураланған және таза болуы керек.

Сорғы жарығын енгізудің барлық әдістерін салыстыру күрделі, себебі көптеген аспектілер қатысады: тасымалдау тиімділігі, жарықтылық жоғалуы, өңдеудің қарапайымдылығы, икемді жұмыс, мүмкін кері шағылысу, талшық өзегінен сорғы жарық көзіне жарықтың ағуы, таңдауды сақтаңыз поляризация және т.
Жақында жоғары қуатты талшықты-оптикалық құрылғылардың дамуы өте жылдам болғанымен, одан әрі дамуына кедергі болатын кейбір шектеулер әлі де бар:
Жоғары қуатты талшықты-оптикалық құрылғылардың жарық қарқындылығы айтарлықтай жақсарды. Қазір әдетте материалдық шығын шегіне жетуге болады. Сондықтан режим аймағын (үлкен режим аймағы талшықтары) ұлғайту қажеттілігі бар, бірақ жоғары сәуле сапасы қажет болғанда бұл әдіс шектеулерге ие.
Ұзындық бірлігіне шаққандағы қуат жоғалуы 100 Вт/м деңгейіне жетті, нәтижесінде талшықта күшті жылу әсерлері пайда болды. Суды салқындатуды пайдалану қуатты айтарлықтай жақсартады. Допинг концентрациясы төмен ұзын талшықтарды салқындату оңай, бірақ бұл сызықты емес әсерлерді арттырады.
Қатаң бір режимді емес талшықтар үшін шығыс қуаты белгілі бір шекті мәннен, әдетте бірнеше жүз ватттан жоғары болған кезде модальды тұрақсыздық бар. Режимнің тұрақсыздығы арқалық сапасының күрт төмендеуін тудырады, бұл талшықтағы термиялық торлардың әсері (кеңістікте жылдам тербеледі).
Талшықтың сызықты еместігі көптеген аспектілерге әсер етеді. Тіпті CW қондырғысында Раманның күшейту коэффициенті соншалықты жоғары (тіпті децибелде де), қуаттың едәуір бөлігі ұзағырақ толқын ұзындығы Стокс толқынына беріледі, оны күшейту мүмкін емес. Бір жиілікті жұмыс ынталандырылған Бриллуен шашырауымен айтарлықтай шектеледі. Әрине, бұл әсерді белгілі бір дәрежеде өтей алатын кейбір өлшеу әдістері бар. Режимді құлыпталған лазерлерде жасалған ультра қысқа импульстар, өздігінен фазалық модуляция оларға күшті спектрлік кеңейту әсерін береді. Сонымен қатар, сызықты емес поляризация айналымын енгізудің басқа да мәселелері бар.
Жоғарыда аталған шектеулерге байланысты жоғары қуатты талшықты-оптикалық құрылғылар, әдетте, қатаң түрде масштабталатын қуат құрылғылары болып саналмайды, кем дегенде қол жеткізуге болатын қуат ауқымынан тыс емес. (Бұрынғы жақсартулар бір қуатты масштабтау арқылы емес, жақсартылған талшық конструкциялары мен сорғы диодтары арқылы қол жеткізілді.) Бұл талшықты лазер технологиясын жұқа диск лазерлерімен салыстыру кезінде маңызды салдарға әкеледі. Бұл Laser Power Calibration жазбасында толығырақ сипатталған.
Нақты қуатты масштабтау болмаса да, жоғары қуатты лазер қондырғыларын жақсарту үшін көп жұмыс істеуге болады. Бір жағынан, әдетте фотонды кристалды талшықтарды пайдалану арқылы қол жеткізілетін үлкен талшықты режим аймағын және бір режимді бағыттауды пайдалану сияқты талшық дизайнын жақсарту қажет. Көптеген талшықты құрамдас бөліктер өте маңызды, мысалы, арнайы сорғы қосқыштары, әртүрлі режим өлшемдері бар талшықтарды қосу үшін талшықты конустар және арнайы талшықты салқындату құрылғылары. Белгілі бір талшықтың қуат шегіне жеткенде, композиттік арқалықтар басқа нұсқа болып табылады және бұл әдісті жүзеге асыру үшін қолайлы талшық қондырғылары бар. Ультра қысқа импульстік күшейткіш жүйелер үшін спектрді кеңейту және кейінгі импульстік қысу сияқты оптикалық талшықтардың сызықтық емес әсерлерін азайту немесе тіпті ішінара пайдаланудың көптеген тәсілдері бар.