Abstract
We analyze the scalability of diffraction-limited fiber lasers considering thermal, non-linear, damage and pump coupling limits as well as fiber mode field diameter (MFD) restrictions. We derive new general relationships based upon practical considerations. Our analysis shows that if the fiber’s MFD could be increased arbitrarily, 36 kW of power could be obtained with diffraction-limited quality from a fiber laser or amplifier. This power limit is determined by thermal and non-linear limits that combine to prevent further power scaling, irrespective of increases in mode size. However, limits to the scaling of the MFD may restrict fiber lasers to lower output powers
چکیده
در این مقاله مقیاس پذیری لیزرهای فیبری با پراش محدود را با در نظر گرفتن حدهای گرمایی، غیرخطی بودن، آسیب و جفت شدگی پمپ، و همچنین محدودیت های قطر میدان مد فیبر (MFD) تجزیه و تحلیل می نماییم. همچنین روابط کلی جدیدی را بر مبنای ملاحظات عملی نتیجه‌گیری می کنیم. تحلیل ما نشان میدهد که اگر قطر میدان مد فیبر بتواند به صورت دلخواه افزایش یابد، توان 36 کیلوواتی را میتوان با پراش محدود از یک تقویت‌کننده یا لیزر فیبری به دست آورد. این حد توان توسط حدهای گرمایی و غیر خطی تعیین شده است که برای جلوگیری از تغییر بیشتر توان (به معنی افزایش توان خروجی بدون تغییر هندسه و شکل)، صرف نظر از افزایشها در اندازه مد با هم ترکیب میشوند. به هر حال، حدهای تغییر مقیاس MFD، ممکن است لیزرهای فیبری را به داشتن توان های خروجی کمتر محدود نماید.
-1مقدمه
لیزرهای دارای توان متوسط بالا به پردازش مواد و سیستم های دفاعی نیازمندند. کاربردهای علمی مثل ستاره‌های راهنمای مبتنی بر لیزر برای ستاره شناسی، آشکارسازی موج گرانشی، شتابدهنده ی ذره ی لیزری و حسگر بادی از راه دورِ همدوس، می توانند از لیزرهای با توان متوسط بالا استفاده نمایند. برای برخی از این کاربردها، نور باید تک فرکانس بوده و یک حالت قطبش پایدار داشته باشد. به دلیل قابلیت توان متوسط بالا، همراه با بازدهی، فشردگی، و قابلیت اطمینان بالا، توجه فراوانی به تقویت کننده ها و لیزرهای فیبری معطوف شده است [1]. در طول دهه ی 1970، اتلاف در فیبر سیلیکا به طور قابل‌توجهی کاهش یافت. در دهه ی 1980، تقویت‌کننده های فیبری آلاییده به اربیوم (EDFA’s) در طول موج 5/1 میکرومتر، شبکه های اپتیکی پهن باند و دوربردِ مبتنی بر تسهیم سازی بر اساس تقسیم طول موج را ممکن ساختند. اخیراً توسعه ی این مواد و پیشرفت در زمینهی ساخت، تقو یت کننده ها و لیزرهای فیبری آلاییده به ایتربیم در طول موج 1 میکرومتر، پیشرفت شگرفی را حاصل کرده و به سطح توان متوسط چند کیلوواتی با کیفیت پرتو دارای پراش محدود رسیده اند…