光纤激光器
二极管激光器的能量被泵入一长串专用光纤中，这些光纤掺杂着发光的原子。激光照射光纤的长长度，在光纤内部构建的反射镜之间反射，并在一端退出。
图表：马克·蒙哥马利
当然，美国军方想要比水泥卡车更小的东西。另一个 HEL-JTO 项目，即强健电激光计划，也成功做到这一点。HEL-JTO 的任务是开发更适合战场的固态激光器，为此，它为自己设定了一个目标，即制造一个100千瓦的激光器，该激光器的功率约为1.2立方米，每公斤可产生超过150瓦的功率，运行效率为30%或更高。HEL-JTO推出的四个项目中，有两个项目考虑了激光机床热技术的新变化：光纤激光器。
光纤激光器由三层光纤组成。纤维的覆层具有最低的折射率。包层内是外芯，其折射率稍高。差异将泵灯限制在外芯内反射，因为它移动光纤的长度。当光线穿过内核时，它刺激来自内核中伊特比姆原子的激光发射，而内核的折射率仍然较高。
图表：马克·蒙哥马利
光纤激光器本质上是一种具有重要修改的光纤。其中心芯的折射率略高于周围的玻璃包层。电信光纤使用这种结构引导来自激光发射机的光信号通过其中心核心，该核心由极其纯净且几乎无损的二氧化硅制成。然而，在光纤激光器中，这种中心核含有发光原子，通常是伊特比姆。
光纤激光器在发光中央芯和外层层之间还有一个额外的层。此中间层称为外芯或内层，在核心层和外层层之间有折射率。内层层也由高纯度玻璃制成，因为它的工作是通过单独的光纤引导来自外部二极管泵激光器的光线进入外层。从那里，光沿着外核内反弹，因为它移动的光纤的长度，反复通过内芯，在那里，ytterbium原子抓住光子并发出激光。外芯的外芯形状不均匀，D形，椭圆，甚至矩形，以确保尽可能多的光线通过中央核心。
与电信光纤中的信号一样，光纤激光器中原子发出的光仍然被限制在光导中心核心内。但是，光纤激光器中的光不是朝一个方向行驶几十公里，而是在光纤两端制造的一对反射器之间来回弹跳。每次通过时，更多的伊特比姆原子放大光，增强激光功率。
内芯和外芯之间的紧密连接确保了大部分泵灯被原子吸收。2016 年，IPG 光子公司报告说，在实验室中，将一半以上的电能转换为光，远远高于从较旧的固态激光方案的散装晶体或玻璃中获得的电力。在长而薄的光纤核心中产生光，还可以产生一束可以长时间聚焦的光束，这正是向几公里外的目标提供致命能量所需要的。由于光纤激光器很薄，直径在 125 到 400 微米之间，因此具有很高的表面容比，因此比更短、更厚的激光器散热快得多。
光纤激光器起步规模较小，主要是 20 世纪 90 年代长距离通信光纤放大器发展的副产品。向高功率的推动来自 IPG。从 1995 年的 1W 光纤激光器开始，到 2012 年，该公司基本上每三年就增加一个数量级。公司随着激光的功率而发展。其2017年销售额为14亿美元，约占当年整个工业激光市场收入的三分之一。
工业光纤激光器可以非常强大。IPG最近向日本的NADEX激光研发中心出售了100根光纤激光器，该中心可以焊接高达30厘米厚的金属零件。但是，功率输出的过高是牺牲了将光束聚焦在距离上的能力。毕竟，切割和焊接工具只需从目标处操作厘米。单光纤激光器的最高功率足以聚焦在数百米或数百米以上的物体上，其功率要小得多—10 kW。不过，这足以满足固定目标，如战场上留下的未爆弹药，因为您可以让激光对炸药进行足够长的训练以引爆。
当然，10千瓦不会停止超速的船之前，它可以交付炸弹。美国海军在庞塞号上的激光演示实际上是六打 IPG 工业光纤激光器，每个激光额定功率为 5.5 kW，通过同一台望远镜拍摄，形成 30 kW 光束。但是，简单地将更多工业光纤激光器的光线放入更大的望远镜中，不会产生100千瓦的光束，而光束会保持摧毁或禁用快速移动的遥远目标所需的紧密聚焦。五角大楼需要一个100千瓦级系统。激光将跟踪目标的运动，栖息在一个脆弱的地方，如其发动机或爆炸有效载荷，直到光束摧毁它。
唉，这和现有方法是不会发生的。洛克希德公司的Afzal说："如果我能用一根光纤制造一台100千瓦的激光器，那会很棒，但我不能。"单光纤激光器的缩放到高功率是分崩离析的。他补充说，提供这么多火力需要新技术。领先的候选是一种将光束从许多单独的光纤激光器中组合成比通过同一台望远镜发射更可控的方法。两种方法看起来很有希望。
一种想法是精确匹配从几个相同的光纤激光器中产生光波的相位，以便它们相加形成一个更强大的光束。每个光纤激光的光波是相干的，这意味着所有发射的波都沿着锁步前进，每个波峰都与其他波峰同步，每个波谷与所有其他波谷同步，等等。原则上，将几种不同光纤激光器的光束相干地组合在一起，应能使强大的光束紧紧聚焦在几公里外的目标上。相控阵天线可以同步组合许多无线电发射机的相干输出，但光的诀窍要困难得多。这是因为光波长短了数级——与雷达的厘米相比，大约1微米——使得极难精确地对齐波，使其能够建设性地将波加起来，而不是相互干扰。
另一种方法就是忽略相位，并结合来自许多光纤激光器的光束，每个光纤激光器都有光学元件，可以限制在独特的光谱槽中发射。所得光束各占不同的波长。因此，当它们组合成一个光束时，光束跨越一系列波长，不会相互干扰。该技术被称为"光谱束组合"，采用波长分割多路复用技术，在将更多数据打包到光纤通信通道方面非常成功。
为了实施这项技术，洛克希德公司开发了特殊的光学器件，这种光学器件能够将光从单独的光纤激光器中弯曲出来，其角度因波长的不同而略有不同，就像棱镜分离光谱颜色一样。弯曲将输出合并成单个光束。2014年，该公司"用我们自己的资金建造并测试了一台30千瓦的激光，以找出物理和基础工程，"Afzal说。该系统将不同波长的 96 束 300 W 组合成一个总功率为 30 kW 的光束。Afzal说，当激光器在这么低的功率下运行时，会产生更高质量的光束，而且与制造具有相同光束质量的单一大功率激光器相比，将输出组合在一起产生大功率光束要容易得多。
洛克希德公司去年将这项技术推广到60千瓦，用于在阿拉巴马州亨茨维尔市交付给美国陆军太空和导弹防御系统司令部，用于安装在一辆战场就绪的军用卡车上。该激光"创造了[武器级]固态激光效率超过40%的世界纪录，"该司令部高能激光技术开发和演示的领军者亚当·阿伯勒（Adam Aberle）声称。如此高的效率大大缓解了热管理问题。有了这种效率，光束为100千瓦的激光系统产生的废热小于150千瓦。相比之下，超过400千瓦的废热，这是诺斯罗普格鲁曼2009年非纤维激光发射时，提供相同的功率光束。3月1日，洛克希德公司宣布，到2020年，它将向美国海军提供两种类似激光，称为"HELIOS"，至少能提供同样多的功率。海军将在一艘驱逐舰上安装一艘驱逐舰，并将其与舰上的战斗管理系统集成，并将在新墨西哥州的白沙导弹场进行第二次陆上测试。
"我们认为大功率、光束组合光纤激光器的发展是谜题的最后一部分，"Afzal 说。也许如此，但对激光武器的追求还远远没有结束。现在，一种高能激光技术看起来是可行的，世界各地的武装部队将需要弄清楚如何在战斗中部署它，并反对什么。反过来，这些挑战将需要设计、建造、测试和完善将强大的激光转化为移动武器系统所需的硬件，包括运载激光的卡车、舰船和飞机;传感器和计算机系统，以发现和跟踪目标;向激光供电的电源管理系统;冷却系统，防止其过热;和光学聚焦强大的光束到移动目标足够长的时间摧毁或禁用他们。
从机载兆瓦级自由电子激光用于防御和安全
镜面效率
