सिंगल-मोड फाइबर लेजर 10 किलोवाट तक और मल्टीमोड फाइबर लेजर 50 किलोवाट तक पहुंचने के साथ, फाइबर लेजर औद्योगिक क्षेत्र से बाहर निकल रहे हैं और सैन्य अनुप्रयोगों में प्रवेश कर रहे हैं, युद्ध के मैदान पर तैनात उच्च-ऊर्जा लेजर हथियारों के लिए एक उम्मीदवार बन रहे हैं।
लेज़र तकनीक के शुरुआती दिनों में, उच्च-शक्ति लेज़र आउटपुट प्राप्त करने का सबसे अच्छा तरीका बड़ी मात्रा में लेज़र सामग्री से ऊर्जा निकालना था। अभी भी कुछ अनुप्रयोग हैं जो इस दृष्टिकोण का उपयोग करते हैं, जैसे लेक ट्रेंट नेशनल लेबोरेटरी में नेशनल इग्निशन फैसिलिटी (एनआईएफ), जो दालों को 1.8 एम तक बढ़ाने के लिए बड़े ग्लास एम्पलीफायरों का उपयोग करता है। लेकिन कई औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए, यटरबियम-डोप्ड फाइबर बन गया है उच्च-शक्ति लेजर मीडिया के लिए आदर्श विकल्प।
1963 में एलीलास स्निट्जर द्वारा पहले फाइबर लेजर का आविष्कार करने के बाद से फाइबर लेजर ने शक्ति के मामले में एक लंबा सफर तय किया है। जून 2009 में, आईपीजी फोटोनिक्स ने म्यूनिख लेजर शो में 10 किलोवाट की आउटपुट पावर के साथ एक सतत-तरंग सिंगल-मोड फाइबर लेजर जारी किया और डायरेक्टेड एनर्जी प्रोफेशनल्स सोसाइटी (डीईपीएस) द्वारा आयोजित सॉलिड-स्टेट लेजर और सेमीकंडक्टर लेजर सम्मेलन। आईपीजी फोटोनिक्स में औद्योगिक बाजारों के उपाध्यक्ष बी शाइनर ने कहा कि आईपीजी ने 50 किलोवाट तक आउटपुट पावर के साथ मल्टीमोड फाइबर लेजर का उत्पादन किया है, और रेथियॉन ने लेजर हथियार के रूप में अपने संभावित अनुप्रयोगों का परीक्षण किया है। हालाँकि, आईपीजी का मुख्य व्यवसाय अभी भी औद्योगिक सामग्री प्रसंस्करण अनुप्रयोगों के लिए है, जिसमें सौर कोशिकाओं के लिए सिलिकॉन वेफर्स काटने से लेकर धातु प्लेटों की रोबोटिक वेल्डिंग तक शामिल है।
फाइबर क्यों चुनें?
अन्य डायोड-पंप लेजर के समान, फाइबर लेजर अनिवार्य रूप से निम्न गुणवत्ता वाले पंप लेजर को उच्च गुणवत्ता वाले लेजर आउटपुट में परिवर्तित करते हैं, जिसका उपयोग चिकित्सा उपचार, सामग्री प्रसंस्करण और लेजर हथियार जैसे कई क्षेत्रों में किया जा सकता है। उच्च-शक्ति आउटपुट प्राप्त करने के संदर्भ में, फाइबर लेजर के दो महत्वपूर्ण फायदे हैं: एक पंप लाइट से उच्च गुणवत्ता वाले आउटपुट लाइट तक की प्रक्रिया है, जिसमें उच्च रूपांतरण दक्षता होती है; दूसरा अच्छा ताप अपव्यय क्षमता है।
फाइबर लेजर उच्च दक्षता प्राप्त कर सकते हैं इसका कारण मुख्य रूप से डायोड पंपिंग, गेन डोपिंग मीडिया का सावधानीपूर्वक चयन और अनुकूलित फाइबर डिजाइन है। उच्च-शक्ति फाइबर लेजर में उपयोग किए जाने वाले ऑप्टिकल फाइबर में एक आंतरिक कोर होता है जिसे लाभ माध्यम से डोप किया जाता है और एक बाहरी कोर होता है जो पंप प्रकाश को सीमित करता है। पंप प्रकाश फाइबर के अंतिम चेहरे के माध्यम से बाहरी कोर में प्रवेश कर सकता है, या फाइबर अक्ष के लगभग समानांतर दिशा में फाइबर के किनारे बाहरी कोर में जोड़ा जा सकता है (चित्र 1 देखें)। बाद वाली विधि को "साइड पंपिंग" कहा जाता है, लेकिन इसका मतलब यह नहीं है कि पंप प्रकाश बल्क लेजर की तरह लेजर गुहा में पार्श्व रूप से प्रवेश करता है। एक बार जब पंप प्रकाश को बाहरी कोर में पेश किया जाता है, तो यह कुशल पंपिंग प्राप्त करने के लिए फाइबर के साथ आंतरिक कोर से बार-बार गुजरेगा। इसके बाद, उत्तेजित विकिरण आंतरिक कोर के साथ संचालित होता है और उच्च तीव्रता वाले लेजर प्रकाश को आउटपुट करने के लिए लगातार ऊर्जा जमा करता है।
अधिकांश फ़ाइबर लेज़रों में डोपेंट होते हैं, ऐसा इसलिए है क्योंकि चयनात्मक दर्पण एक छोटी क्वांटम हानि (पंप फोटॉन और आउटपुट फोटॉन के बीच ऊर्जा अंतर) प्राप्त कर सकता है। 1035 एनएम आउटपुट लाइट का उत्पादन करने के लिए 975 एनएम पंप लाइट का उपयोग करते समय, क्वांटम हानि मूल्य केवल 6% है। तुलनात्मक रूप से, 808 एनएम पर पंप किए गए और 1064 एनएम पर आउटपुट करने वाले नियोडिमियम-डोप्ड लेजर की क्वांटम हानि 20% तक अधिक है। छोटे क्वांटम नुकसान फाइबर-डोप्ड लेजर की ऑप्टिकल-ऑप्टिकल पंपिंग दक्षता को 60% से अधिक करने की अनुमति देते हैं, जो पंप डायोड की 50% इलेक्ट्रो-ऑप्टिकल रूपांतरण दक्षता के साथ मिलकर, इसका मतलब है कि फाइबर लेजर की कुल रूपांतरण दक्षता 30 तक पहुंच सकती है। %.
फाइबर संरचना में प्रति इकाई आयतन का एक बड़ा सतह क्षेत्र होता है, जो फाइबर लेजर को गर्मी खत्म करने में मदद करता है, लेकिन पानी ठंडा होने पर भी, गर्मी अपव्यय इसके प्रदर्शन को सीमित कर देगा। पांच साल पहले, शोधकर्ताओं ने डोपिंग स्तर और आंतरिक कोर के आकार को बढ़ाकर उच्च शक्तियों का उत्पादन करने की आशा की थी, लेकिन साउथेम्प्टन विश्वविद्यालय के जोहान निल्सन ने कहा कि उच्च औसत शक्तियों पर, क्योंकि फाइबर से अवशिष्ट गर्मी को निकालना मुश्किल होता है, " थर्मल प्रभाव सीमा वापस आ गई है।"
