جاذبه های ویژه الیاف به عنوان رسانه افزایش لیزر
از آنجایی که فایبرها را می توان سیم پیچ کرد و نور منتشر شده در الیاف به خوبی در برابر محیط محافظت می شود (مثلاً در مورد گرد و غبار)، لیزرهای فایبر می توانند یک ساختار فشرده و ناهموار داشته باشند، مشروط بر اینکه کل تشدید کننده لیزر فقط با اجزای فایبر ساخته شده باشد (تنظیم تمام فایبر). ) مانند گریتینگ های فایبر براگ و جفت کننده های فایبر (یعنی اجتناب از اپتیک فضای آزاد و هرگونه نیاز برای تراز).
با این حال، توجه داشته باشید که تنظیمات لیزر فایبر حاوی فایبر و اپتیک فضای آزاد ممکن است نسبت به ارتعاشات، رانش های حرارتی و گرد و غبار حساس باشند.
رسانه های بهره فایبر دارای پهنای باند بهره زیادی هستند که دلیل آن انتقال لیزر به شدت گسترده شده در عینک است، که دامنه تنظیم طول موج گسترده و/یا تولید پالس های فوق کوتاه را امکان پذیر می کند. همچنین، لیزرهای فایبر دارای مناطق طیفی وسیع با جذب پمپ خوب هستند، که طول موج دقیق پمپ را غیرقابل ارزیابی می کند، به طوری که تثبیت دمای دیودهای پمپ معمولاً ضروری نیست.
کیفیت پرتو محدود پراش در صورت استفاده از الیاف تک حالته و گاهی اوقات با الیاف کمی چند حالته به راحتی بدست می آید.
به دلیل بهره وری بالای فایبرهای دوپینگ، لیزرهای فایبر این پتانسیل را دارند که با قدرت پمپ بسیار کم کار کنند. همچنین می توان بازده انرژی بسیار بالایی را بدست آورد.
در سال‌های اخیر، پتانسیل قدرت‌های خروجی بسیار بالا (چند کیلووات با الیاف دوپوش) به طور متقاعدکننده‌ای نشان داده شده است (به بالا مراجعه کنید).
مجدداً به دلیل راهنمایی، که اجازه می‌دهد تا شدت پمپ‌های بالا در طول‌های طولانی اعمال شود، لیزرهای فایبر را می‌توان حتی در انتقال‌های لیزری بسیار «دشوار» (مانند لیزرهای تبدیل رو به بالا) کار کرد.
از سوی دیگر، لیزرهای فایبر می توانند از مشکلات مختلفی رنج ببرند:
هنگامی که نور پمپ باید از فضای آزاد به یک هسته تک حالته پرتاب شود، هم ترازی بسیار مهم است. این مشکل را می توان با استفاده از دیودهای پمپ فایبر کوپل شده برطرف کرد.
اکثر الیاف یک تکامل قطبی پیچیده وابسته به دما را نشان می دهند، مگر اینکه از الیاف نگهدارنده قطبش یا چرخاننده فارادی استفاده شود. با این حال، چنین اقداماتی معمولاً با قفل کردن حالت چرخش قطبش غیرخطی سازگار نیستند.
اثرات غیرخطی اغلب عملکرد را محدود می کند، به عنوان مثال. از نظر توان های قابل دستیابی در عملکرد تک فرکانس یا کیفیت پالس لیزرهای قفل شده در حالت. به عنوان مثال، نوارهای جانبی کلی اغلب دیده می شوند، در حالی که لیزرهای حجیم قفل شده به ندرت این اثر را نشان می دهند.
در توان های بالا، خطر آسیب فایبر حتی کمتر از آستانه آسیب واقعی مواد (← فیوز فایبر) وجود دارد.
الیاف دارای بهره و جذب پمپ محدودی در واحد طول هستند و به‌عنوان مثال، یافتن رزوناتورهای بسیار کوتاه را دشوار می‌سازد. برای لیزرهای تک فرکانس یا برای لیزرهای با حالت قفل چند گیگاهرتز. با این حال، اخیراً پیشرفت قابل توجهی در این جهت از طریق توسعه الیاف بسیار دوپ شده، که معمولاً از شیشه های فسفات ساخته می شوند، حاصل شده است.
همچنین توجه داشته باشید که طراحی لیزرهای فایبر در بسیاری از موارد بسیار دشوارتر از لیزرهای حجیم است. این ناشی از دلایل بسیار متفاوتی است، از جمله اثرات اشباع قوی ناشی از شدت نوری بالا، رفتار شبه سه سطحی تقریباً تمام انتقال‌های لیزر فایبر، و مکانیسم‌های پیچیده تشکیل پالس در لیزرهای فایبر حالت قفل شده. در نتیجه، پروژه توسعه لیزر می تواند هزینه بیشتری داشته باشد.
مقاله لیزرهای فایبر در مقابل لیزرهای حجیم، نقاط قوت و ضعف لیزرهای فایبر و حجیم را با هم مقایسه می کند. همچنین به مقاله مقیاس قدرت لیزرها، حاوی نظراتی در مورد دستگاه های فایبر پرقدرت مراجعه کنید.
مدل سازی و شبیه سازی لیزر فایبر
بسیاری از جنبه های فنی در لیزرهای فایبر به طور قابل توجهی پیچیده تر از لیزرهای حجیم هستند. دلایل آن بسیار زیاد است:
لیزرهای فایبر معمولاً با بهره بالاتر و تلفات تشدید کننده بالاتر کار می کنند.
شدت نوری در لیزرهای فایبر اغلب بسیار بیشتر از شدت اشباع است که منجر به اثرات اشباع قوی (حتی برای امواج پمپ) می شود.
بیشتر فایبرهای فعال دارای رسانه بهره‌برداری شبه سه سطحی هستند و ویژگی‌های عملکرد آنها پیچیده‌تر از لیزرهای چهار سطحی است.
سیستم های لیزر فایبر اغلب پیچیده تر هستند، به عنوان مثال با استفاده از معماری تقویت کننده قدرت نوسانگر اصلی.
به این دلایل، جزئیات عملکرد یک لیزر فایبر (یا سیستم لیزر فایبر) اغلب تنها بر اساس محاسبات تحلیلی ساده قابل درک نیست. بنابراین، شبیه‌سازی‌های عددی، که با نوعی نرم‌افزار شبیه‌سازی فایبر انجام می‌شوند، برای محاسبه عملکرد لیزر احتمالی، تجزیه و تحلیل اثرات مضر و بهینه‌سازی طرح‌های نمونه اولیه و محصول مورد نیاز هستند. چنین شبیه‌سازی‌هایی می‌توانند بسیاری از جنبه‌های فنی مختلف را بررسی کنند:
مدل‌سازی معادلات سرعت میتواند برای محاسبه رفتار یون‌های فعال لیزری منفرد یا ترکیبی از یون‌های شامل فرآیندهای انتقال انرژی استفاده شود.
حل‌کننده حالت، به عنوان مثال، یک ماشین‌حساب برای حالت‌های فایبر، میتواند ورودی‌هایی را برای محاسبات بیشتر تولید کند - به‌ویژه پروفایل‌های شدت حالت.
در برخی شرایط، انتشار پرتو عددی مورد توجه است. به عنوان مثال، این مورد اغلب برای حالت بسیار چند حالته است
