Con láseres de fibra monomodo que alcanzan los 10KW y láseres de fibra multimodo que alcanzan los 50KW, los láseres de fibra están saliendo del campo industrial y entrando en aplicaciones militares, convirtiéndose en candidatos para armas láser de alta energía desplegadas en el campo de batalla.
En los primeros tiempos de la tecnología láser, la mejor manera de obtener una salida láser de alta potencia era extraer energía de grandes volúmenes de material láser. Todavía existen algunas aplicaciones que utilizan este enfoque, como la National Ignition Facility (NIF) en el Laboratorio Nacional del Lago Trent, que utiliza grandes amplificadores de vidrio para amplificar pulsos a 1,8 M. Pero para muchas aplicaciones industriales, la fibra dopada con iterbio se ha convertido en la opción ideal para los medios láser de alta potencia.
Los láseres de fibra han avanzado mucho en términos de potencia desde que Elilas Snitzer inventó el primer láser de fibra en 1963. En junio de 2009, IPG Photonics lanzó un láser de fibra monomodo de onda continua con una potencia de salida de 10KW en el Salón del Láser de Múnich y en la Conferencia sobre Láseres de Estado Sólido y Láseres Semiconductores organizada por la Directed Energy Professionals Society (DEPS). Bi Shiner, vicepresidente de mercados industriales de IPG Photonics, dijo que IPG ha producido láseres de fibra multimodo con potencias de salida de hasta 50kW, y Raytheon ha probado sus posibles aplicaciones como armas láser. Sin embargo, el negocio principal de IPG sigue siendo el de aplicaciones de procesamiento de materiales industriales, desde el corte de obleas de silicio para células solares hasta la soldadura robótica de placas de metal.
¿Por qué elegir fibra?
Al igual que otros láseres bombeados por diodos, los láseres de fibra convierten esencialmente los láseres de bombeo de baja calidad en salidas láser de mayor calidad, que se pueden utilizar en muchos campos, como el tratamiento médico, el procesamiento de materiales y las armas láser. En términos de lograr una salida de alta potencia, los láseres de fibra tienen dos ventajas importantes: una es el proceso de la luz de bombeo a la luz de salida de alta calidad, que tiene una alta eficiencia de conversión; la otra es una buena capacidad de disipación de calor.
La razón por la que los láseres de fibra pueden lograr una alta eficiencia se debe principalmente al bombeo de diodos, la selección cuidadosa de los medios de dopado de ganancia y el diseño optimizado de la fibra. La fibra óptica utilizada en los láseres de fibra de alta potencia contiene un núcleo interno dopado con medio de ganancia y un núcleo externo que confina la luz de bombeo. La luz de bombeo puede ingresar al núcleo externo a través de la cara final de la fibra, o acoplarse al núcleo externo a lo largo del costado de la fibra en una dirección casi paralela al eje de la fibra (consulte la Figura 1). El último método se denomina "bombeo lateral", pero no significa que la luz de bombeo ingrese a la cavidad láser lateralmente como un láser a granel. Una vez que la luz de bombeo se introduce en el núcleo externo, pasará repetidamente a través del núcleo interno a lo largo de la fibra para lograr un bombeo eficiente. Posteriormente, la radiación estimulada se conduce a lo largo del núcleo interno y acumula energía continuamente para generar luz láser de alta intensidad.
La mayoría de los láseres de fibra tienen dopantes, lo que se debe a que el espejo selectivo puede obtener una pequeña pérdida cuántica (la diferencia de energía entre el fotón de bombeo y el fotón de salida). Cuando se utiliza luz de bombeo de 975 nm para producir luz de salida de 1035 nm, el valor de pérdida cuántica es solo del 6%. En comparación, la pérdida cuántica de un láser dopado con neodimio bombeado a 808 nm y con salida a 1064 nm es tan alta como el 20%. Las pérdidas cuánticas más pequeñas permiten que la eficiencia de bombeo óptico-óptico de los láseres dopados con fibra supere el 60%, lo que, combinado con la eficiencia de conversión electroóptica del 50% del diodo de bombeo, significa que la eficiencia de conversión total del láser de fibra puede alcanzar el 30%.
La estructura de la fibra tiene una gran superficie por unidad de volumen, lo que ayuda al láser de fibra a disipar el calor, pero incluso con refrigeración por agua, la disipación del calor limitará su rendimiento. Hace cinco años, los investigadores esperaban producir mayores potencias aumentando el nivel de dopaje y el tamaño del núcleo interno, pero Johan Nilsson, de la Universidad de Southampton, dijo que con potencias medias altas, debido a que el calor residual es difícil de eliminar de la fibra, "la limitación del efecto térmico ha vuelto".
