لیزر فیبری با توان بالا (High-Power Fiber Laser)، در فیزیک (Physics)
انواع لیزرها (Laser) را در آموزش زیر شرح دادیم :
لیزر فیبری با توان بالا (High-Power Fiber Laser) :
High-Power Fiber Laser به لیزر فیبری اطلاق می شود که توان خروجی آن در محدوده کیلووات یا بیشتر باشد. این لیزرها ستون فقرات صنعت مدرن برای برش و جوشکاری فلزات هستند. توان خروجی برخی از این لیزرها به ده ها کیلووات نیز می رسد. برای دستیابی به چنین توان هایی، از فیبرهای با میدان حالت بزرگ (LMA)، پمپاژ کلمواد (cladding-pumping) با دیودهای توان بالا، و طراحی های خاص برای مدیریت حرارت و اثرات غیرخطی استفاده می شود.
در لیزرهای فیبری توان بالا، معمولا از ایتربیوم (Yb) به عنوان یون دوپانت استفاده می شود زیرا بازده کوانتومی بالا و گرمای کمتری تولید می کند. پمپاژ با دیودهای چندامیده (multi-emitter) در محدوده ۹۱۵-۹۷۶ نانومتر انجام می شود. نور پمپ به درون غلاف (cladding) فیبر تزریق می شود و در طول فیبر توسط هسته دوپ شده جذب می شود. این روش پمپاژ، جفت سازی توان بالا را ممکن می سازد. برای دفع گرمای تولیدی، فیبرها بر روی سطوح خنک کننده نصب می شوند و از خنک کاری آبی استفاده می گردد.
کاربرد اصلی لیزرهای فیبری توان بالا در صنعت است: برش ورق های فلزی (فولاد، آلومینیوم، برنج) با ضخامت چند ده میلی متر، جوشکاری عمیق (keyhole welding) در خودروسازی و کشتی سازی، روکش دهی (cladding) برای افزایش مقاومت سایشی قطعات، و عملیات حرارتی سطحی. در نظامی، از این لیزرها برای توسعه تسلیحات لیزری (دفاع هوایی و ضدموشک) استفاده می شود. همچنین در تحقیقات علمی به عنوان منبع پمپ برای لیزرهای دیگر و در فیزیک پلاسما کاربرد دارند.
چالش های اصلی در لیزرهای فیبری توان بالا عبارتند از: اثرات غیرخطی (مانند Raman و Brillouin) که با افزایش طول فیبر و توان ظاهر می شوند و می توانند توان را محدود کنند. تخریب نوری ناشی از تابش (فتودارکینگ) که در طول زمان باعث افت بازده می شود. ناپایداری مدی (mode instability) که در توان های بالا باعث افت کیفیت پرتو می شود. و مدیریت حرارتی برای جلوگیری از ذوب شدن فیبر یا پوشش آن. برای غلبه بر این چالش ها، از فیبرهای با طراحی خاص (مانند فیبرهای مخروطی، فیبرهای با هسته بیضوی)، پوشش های مقاوم، و ترکیب پرتو (beam combining) چند لیزر برای دستیابی به توان های بالاتر استفاده می شود. با وجود این چالش ها، لیزرهای فیبری توان بالا به دلیل کارایی، قابلیت اطمینان و کیفیت پرتو، بازار صنعتی را متحول کرده اند.
