Solid State Master Oscillator Power Amplifier Design (skrátene MOPA laser alebo S-MOPA). Nedá sa opomenúť ani špecifické miesto vo vývoji laserov tejto triedy na báze Nd:YAG, Nd:YVO4 alebo Yb:YAG.
Lasery sú určené predovšetkým pre popisovanie, prípade aj jemné obrábanie, kde výrobca odporúča predovšetkým typ Solid State Master Oscillator Power Amplifier Design (MOPA) s vlnovým rozsahom od blízkej IR 1064 nm až po ultrafialovú oblasť 355 nm. Tento laser sa teraz používa hlavne vo spojení s YVO4 laserovými zdrojmi, ktoré sú väčšinou dva umiestnené v jednom laseri. Výhodou tohto designu je dlhý servisný interval, excelentná charakteristika laserovej riadiacie a vysoká kvalita lúča.
Konštrukcia s dvomi YVO4 zdrojmi, kedy jeden YVO4 oscilátor (master oscilátor) je použitý ako generátor / zdroj pulzu pre druhý YVO4 laser, ktorý tieto pulzy ešte raz zosilňuje. Toto usporiadanie dáva možnosť zosilňovať špičkové výkony zo zdroja ešte raz a dosiahne sa tak ešte väčšia špička výkonu a s použitím Q-switch ešte kratšie pulzy. Excelentná kvalita pulzu a vysoká špička výkonu sú neprekonateľné. Jednotlivé emitujúce budiace diódy sú napojené do optického vlákna a ich výkon sa sčíta, preto môžu byť jednotlivé diódy s malým výkonom a s malou tepelnou stratou. Tým, že sa toľko nezahrievajú, tak je ich životnosť omnoho dlhšia ako u klasického pevnolátkového laseru. Životnosť sa blíži takmer k vláknových laserom (odhadom 60.000 hodín).
Keďže sú to v podstate dva lasery v jednom puzdre, s viac budiacimi diódami, tak je tiež adekvátna cena laseru viac než dvojnásobná ako za štandardný YVO4 laser. Naopak to, čo dokážu tieto lasery do plastov a gravírovať do pokovovaného skla, to nedokáže žiadny iný laser.
MOPA vláknové lasery
Ide o podobnú konštrukciu ako u pevnolátkového MOPA laseru, ale je tu použitý princíp na báze vláknových YAG laserov. Veľkou výhodou MOPA laserov je použitie hneď prvého pulzu, možnosť vytvárania krátkych alebo dlhých pulzov, opakovateľnosť do 500 kHz, vysoká špička výkonu, veľmi rýchle zapnutie a vypnutie laseru. Obvykle MOPA laser dokáže prevádzať približne 2x väčšiu špičku výkonu ako Q-switch lasery a má tiež vyššiu opakovaciu frekvenciu spínania než Q-switch laser. Dĺžka trvania špičky výkonu je asi do 20 nm a celková dĺžka pulzu je približne 200 ns. Vďaka precíznosti ovládania sa dá meniť ako dĺžka pulzu, dĺžka špičky výkonu, tak aj opakovacia frekvencia a to všetko v presne definovaných hodnotách. Na približne 30 kHz má laser najvyššiu špičku výkonu (a najdlhšiu dobu trvania pulzu) a naopak pri 300 kHz je najnižšia špička výkonu a najkratšie trvanie.
Priamo modulovaná laserová dióda dáva obdĺžnikové pulzy do prvého vláknového laseru, kde dochádza k zosilneniu pulzov. Viac-menej tento laserový pulz je použitý pre druhý vláknový zosilňovač, kde sa vytvára už výsledný MOPA laserový lúč o veľkom výkone a veľkom zisku. Výsledný tvar pulzu lúča sa dá definovať a nastaviť podľa požiadavky, respektíve ušiť na mieru. Najjednoduchšie je nastaviť výrobcom tvar a dobu trvania pulzu a túto hodnotu (waveform) uložiť do FPGA pamäti. Potom sa dosahuje vždy rovnakých hodnoť výkonu, dĺžky trvania pulzu a jednoduchosť ovládania laseru. Často má laser uložené napríklad 30 wareformov a dá sa medzi nimi prepínať. Viacmenej MOPA laserový pulz nie je obdĺžnik, ale je vidieť veľmi veľká špička výkonu a následne pozvoľné klesanie s dlhou dĺžkou pulzu. Ostrý nábeh a vysoká špička výkonu vytvoria značnú energiu po krátky čas, čo je pravé to, čo potrebujeme od MOPA laseru s čím sa odlišuje od vláknového Q-switch laseru.
Porovnanie Q-switch laseru a MOPA laseru je dobre vidieť na grafickom vyobrazení. MOPA má veľmi krátku dobu trvania špičkového výkonu a veľmi vysoký pulz špičkového výkonu. Graficky je to zobrazené na rovnakých frekvenciách spínania pre názornosť porovnania. Q-switch vanadový laser je lepší pre vysoké pulzy opakovaní vyššie ako 100kHz. Vláknové lasery, ktoré majú Master oscillator power amplifier (MOPA) systém, sú veľmi flexibilné, čo sa týka opakovaní pulzov a prerušenia pulzu, ale často emituje dlhšie pulzy s nižšou energiou pulzov a špičkovým výkonom. Hlavný oscilátor produkuje lúče s vysokou kvalitou a optický zosilňovač zvyšuje výkon. Hlavný rezonátor nie je potrebné mať veľmi výkonný a nie je potrebné ho mať vysoko efektívny, pretože hlavná účinnosť je daná výkonovým zosilnením. Kombináciou niekoľkých laserových zosilňovačov zasadených do bežných oscilátorov je nevyhnutný koncept High power laser Energy Research facility (HiPER).
Tvar lúča je rovnaký ako u vláknového laseru, teda veľmi precízna Gaussová krivka a kruhový priebeh výkonu – Single mode SM. Stopa lúča je 25 μm až 60 μm podľa optickej konfigurácie. Energia pulzu sa pohybuje okolo 1 mJ (podobne ako vláknové lasery) pri 30 kHz, ale jej dĺžka trvania je mnoho kratšia, teda aj špičkový výkon je vyšší.
Vláknový laser, ktorý nie je vláknový laser?
Ide o lasery, ktoré sú často predstavené ako vláknové lasery, ale ich vlákno je iba optický prenos výkonu z jedného miesta na druhé, teda zo zdroja laseru do skenovacej hlavy. Toto vlákno je pasívne a nezvyšuje výkon z laserového zdroja. Ozajstný vláknový laser má aktívne optické vlákno, ktoré je dvojité a do jeho stredu je pumpovaný diódový laserový zdroj, ktorý v optickom vlákne dopovanom ytterbiom vytvára výsledný laserový lúč, ktorý je na inej vlnovej dĺžke a o vyššom výkone. Tento princíp s aktívnym optickým vláknom je skutočný vláknový laser. Je nutné mať optický izolátor v laseroch, inak odrazený výkon môže prejsť späť a jeho nárast môže poškodiť celkovú konštrukciu („prepáli“ sa napríklad vlákno).
