Amb els làsers de fibra monomode que arriben als 10 kW i els làsers de fibra multimode que arriben als 50 kW, els làsers de fibra estan sortint del camp industrial i estan entrant en aplicacions militars, convertint-se en un candidat per a armes làser d'alta energia desplegades al camp de batalla.
En els primers dies de la tecnologia làser, la millor manera d'obtenir una sortida làser d'alta potència era extreure energia de grans volums de material làser. Encara hi ha algunes aplicacions que utilitzen aquest enfocament, com el National Ignition Facility (NIF) al Lake Trent National Laboratory, que utilitza grans amplificadors de vidre per amplificar els polsos fins a 1,8 M. Però per a moltes aplicacions industrials, la fibra dopada amb iterbi s'ha convertit en la opció ideal per a mitjans làser d'alta potència.
Els làsers de fibra han recorregut un llarg camí en termes de potència des que Elilas Snitzer va inventar el primer làser de fibra l'any 1963. El juny de 2009, IPG Photonics va llançar un làser de fibra monomode d'ona contínua amb una potència de sortida de 10 kW al Munich Laser Show i la Conferència de làsers d'estat sòlid i làser de semiconductors organitzada per la Directed Energy Professionals Society (DEPS). Bi Shiner, vicepresident de mercats industrials d'IPG Photonics, va dir que IPG ha produït làsers de fibra multimode amb potències de sortida de fins a 50 kW, i Raytheon ha provat les seves aplicacions potencials com a armes làser. No obstant això, el negoci principal d'IPG encara és per a aplicacions de processament de materials industrials, des del tall d'hòsties de silici per a cèl·lules solars fins a la soldadura robòtica de plaques metàl·liques.
Per què triar la fibra?
De manera similar a altres làsers bombejats amb díodes, els làsers de fibra essencialment converteixen els làsers de bomba de baixa qualitat en sortides làser de major qualitat, que es poden utilitzar en molts camps com ara el tractament mèdic, el processament de materials i les armes làser. Pel que fa a l'assoliment d'alta potència, els làsers de fibra tenen dos avantatges importants: un és el procés des de la llum de la bomba fins a la llum de sortida d'alta qualitat, que té una alta eficiència de conversió; l'altre és una bona capacitat de dissipació de calor.
La raó per la qual els làsers de fibra poden aconseguir una alta eficiència es deu principalment al bombeig de díodes, a la selecció acurada dels mitjans de dopatge de guany i al disseny de fibra optimitzat. La fibra òptica utilitzada en làsers de fibra d'alta potència conté un nucli interior dopat amb un mitjà de guany i un nucli exterior que limita la llum de la bomba. La llum de la bomba pot entrar al nucli exterior a través de la cara extrema de la fibra o acoblar-se al nucli exterior al llarg del costat de la fibra en una direcció gairebé paral·lela a l'eix de la fibra (vegeu la figura 1). Aquest últim mètode s'anomena "bombament lateral", però no vol dir que la llum de la bomba entri lateralment a la cavitat del làser com un làser a granel. Una vegada que la llum de la bomba s'introdueix al nucli exterior, passarà repetidament pel nucli interior al llarg de la fibra per aconseguir un bombeig eficient. Posteriorment, la radiació estimulada es condueix al llarg del nucli intern i acumula energia contínuament per emetre llum làser d'alta intensitat.
La majoria dels làsers de fibra tenen dopants, perquè el mirall selectiu pot obtenir una petita pèrdua quàntica (la diferència d'energia entre el fotó de la bomba i el fotó de sortida). Quan utilitzeu llum de bomba de 975 nm per produir llum de sortida de 1035 nm, el valor de pèrdua quàntica és només del 6%. En comparació, la pèrdua quàntica d'un làser dopat amb neodimi bombat a 808 nm i que surt a 1064 nm arriba al 20%. Les pèrdues quàntiques més petites permeten que l'eficiència de bombament òptica-òptica dels làsers dopats amb fibra superi el 60%, cosa que, combinada amb l'eficiència de conversió electro-òptica del 50% del díode de la bomba, significa que l'eficiència de conversió total del làser de fibra pot arribar a 30. %.
L'estructura de fibra té una gran superfície per unitat de volum, cosa que ajuda al làser de fibra a dissipar la calor, però fins i tot amb la refrigeració per aigua, la dissipació de calor limitarà el seu rendiment. Fa cinc anys, els investigadors esperaven obtenir potències més altes augmentant el nivell de dopatge i la mida del nucli intern, però Johan Nilsson, de la Universitat de Southampton, va dir que a potències mitjanes altes, perquè la calor residual és difícil d'eliminar de la fibra ". la limitació de l'efecte tèrmic ha tornat".
