Conoscenza professionale

Amplificatore in fibra oscillatore principale

2022-07-20
L'amplificatore in fibra dell'oscillatore principale (MOFA, MOPFA o MOPA in fibra) è diverso dall'amplificatore di potenza dell'oscillatore principale (MOPA), il che significa che l'amplificatore di potenza nel sistema è un amplificatore in fibra. Questi ultimi sono solitamente amplificatori di rivestimento pompati ad alta potenza, comunemente prodotti utilizzando fibre drogate con itterbio.
I vantaggi di questo amplificatore di potenza basato su fibra sono:
Elevata potenza di uscita, alta efficienza energetica;
Il dispositivo di raffreddamento è più semplice;
Elevata qualità del raggio, spesso vicina al limite di diffrazione;

Il guadagno può arrivare fino a decine di dB. E molti amplificatori di massa, specialmente con una potenza di uscita media elevata, hanno un guadagno molto basso.


Figura 1: Schema MOPA di un nucleo di pompa monostadio. Per una maggiore potenza, è necessario aggiungere un secondo amplificatore in fibra a doppio rivestimento. I diodi laser seme possono funzionare nel dominio pulsato


Tuttavia, l'utilizzo delle fibre ottiche presenta anche alcuni svantaggi:
A causa dell'esistenza di vari effetti non lineari della fibra, è difficile ottenere un'elevata potenza di picco ed energia di impulso nei sistemi pulsati. Ad esempio, per i dispositivi in ​​fibra ottica, le energie di pochi millijoule sono già elevate nei sistemi a impulsi di nanosecondi e i laser di massa possono fornire energie ancora più elevate. Nei sistemi a frequenza singola, la diffusione Brillouin stimolata può limitare notevolmente la potenza di uscita.
A causa del loro elevato guadagno, gli amplificatori in fibra sono particolarmente sensibili alle riflessioni posteriori. Quando la potenza è molto elevata, è difficile risolvere questo problema con gli isolatori Faraday.
Lo stato di polarizzazione è generalmente instabile a meno che non vengano utilizzate fibre che mantengono la polarizzazione.
È vantaggioso impiegare diodi laser a commutazione di guadagno come laser seme nei MOPA in fibra. Questo dispositivo può essere paragonato ai laser Q-switched, ad esempio, nelle applicazioni nel mercato dei laser. Parte di questo vantaggio risiede nella flessibilità della forma di uscita: è possibile regolare non solo la frequenza di ripetizione dell'impulso, ma anche la lunghezza e la forma dell'impulso e, naturalmente, l'energia dell'impulso.
Un problema da considerare nei MOFA è la potenza di saturazione, che è bassa anche in una fibra a doppio rivestimento di ampia area modale rispetto alla normale potenza di uscita. Pertanto, l'estrazione di potenza può essere efficiente quanto i laser a fibra, anche a potenze di semina relativamente basse.

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