Solid State Master Oscillator Power Amplifier Design (zkráceně MOPA laser nebo S-MOPA). Nelze opomenout ani specifické místo ve vývoji laserů této třídy na bázi Nd:YAG, Nd:YVO4 nebo Yb:YAG.
Lasery jsou určeny především pro popisování, případně i jemné obrábění, kde výrobce doporučuje především typ Master Oscillator Power Amplifier Design (MOPA) s vlnovým rozsahem od blízké IR 1064 nm až po ultrafialovou oblast 355 nm. Tento laser se nyní používá hlavně ve spojení s YVO4 laserovými zdroji, které jsou většinou dva umístěné v jednom laseru. Výhodou tohoto designu je dlouhý servisní interval, excelentní harakteristika laserové radiace a vysoká kvalita paprsku.
Konstrukce se dvěma YVO4 zdroji, kdy jeden YVO4 oscilátor (master oscilátor) je použit jako generátor / zdroj pulsu pro druhý YVO4 laser, který tyto pulsy ještě jednou zesiluje. Toto uspořádání dává možnost zesilovat špičkové výkony ze zdroje ještě jednou a dosáhne se tak ještě větší špičky výkonu a s použitím Q-switch ještě kratších pulsů. Excelentní kvalita pulsu a vysoká špička výkonu jsou nepřekonatelné. Jednotlivé emitující budící diody jsou napojeny do optického vlákna a jejich výkon se sčítá, proto můžou být jednotlivé diody s malým výkonem a s malou tepelnou ztrátou. Tím, že se tolik nezahřívají, tak je jejich životnost mnohem delší jak u klasického pevnolátkového laseru. Životnost se blíží pak téměř k vláknovým laserům (odhadem 60.000 hodin).
Protože jsou to v podstatě dva lasery v jednom pouzdře, s více budícími diodami, tak je také adekvátní cena laseru více než dvojnásobná jak za standardní YVO4 laser. Naopak to, co dokáží tyto lasery do plastů a gravírovat do pokoveného skla, to nedokáže žádný jiný laser.
MOPA vláknové lasery
Jde o podobnou konstrukci jako u pevnolátkového MOPA laseru, ale je zde použitý princip na bázi vláknových YAG laserů. Velkou výhodou MOPA laserů je použití hned prvního pulsu, možnost vytváření krátkých nebo dlouhých pulsů, opakovatelnost do 500 kHz, vysoká špička výkonu, velmi rychlé zapnutí a vypnutí laseru. Obvykle MOPA laser dokáže provádět přibližně 2x větší špičku výkonu jak Q-switch lasery a má také vyšší opakovací frekvenci spínání než Q-switch laser. Délka trvání špičky výkonu je asi do 20 nm a celková délka pulsu je přibližně 200 ns. Díky preciznosti ovládání lze měnit jak délku pulsu, délku špičky výkonu, tak i opakovací frekvenci a to vše v přesně definovaných hodnotách. Na přibližně 30 kHz má laser nejvyšší špičku výkonu (a nejdelší dobu trvání pulsu) a naopak při 300kHz je nejnižší špička výkonu a nejkratší trvání.
Přímo modulovaná laserová dioda dává obdélníkové pulsy do prvního vláknového laseru, kde dochází k zesílení pulsů. Nicméně tento laserový puls je použit pro druhý vláknový zesilovač, kde se vytváří již výsledný MOPA laserový paprsek o velkém výkonu a velkém zisku. Výsledný tvar pulsu paprsku lze definovat a nastavit dle požadavků, respektive ušít na míru. Nejjednodušší je nastavit výrobcem tvar a dobu trvání pulsu a tuto hodnotu (waveform) uložit do FPGA paměti. Pak se dosahuje vždy stejných hodnot výkonu, délky trvání pulsu a snadnost ovladatelnosti laseru. Často má laser uloženo například 30 waveformů a lze mezi nimi přepínat. Nicméně MOPA laserový puls není obdélník, ale je vidět velmi velká špička výkonu a následně pozvolné klesání s dlouhou délkou pulsu. Ostrý náběh a vysoká špička výkonu provedou značnou energii po krátký čas, což je právě to, co potřebujeme od MOPA laseru a čím se odlišuje od vláknového Q-switch laseru.
Porovnání Q-switch laseru a MOPA laseru je vidět velmi dobře na grafickém vyobrazení. MOPA má velmi krátkou dobu trvání špičkového výkonu a velmi vysoký puls špičkového výkonu. Graficky je to zobrazené na stejných frekvencích spínání pro názornost porovnání. Q-switch vanadový laser je lepší pro vysoké pulsy opakování vyšší jak 100 kHz. Vláknové lasery, které mají Master oscillator power amplifier (MOPA) system, jsou velmi flexibilní, co se týká opakování pulsů a přerušení pulsu, ale často emituje delší pulsy s nižší energií pulsů a špičkovým výkonem. Hlavní oscilátor produkuje paprsek s vysokou kvalitou a optický zesilovač zvyšuje výkon. Hlavní rezonátor není potřeba mít velmi výkonný a není potřeba jej mít vysoce efektivní, protože hlavní účinnost je dána výkonovým zesílením. Kombinací několika laserových zesilovačů zasazených do běžných oscilátorů je nezbytný koncept High Power laser Energy Research facility (HiPER).
Tvar paprsku je stejný jako u vláknového laseru, tedy velmi precizní Gaussova křivka a kruhový průběh výkonu - Single mode SM. Stopa paprsku je 25 μm až 60 μm dle optické konfigurace. Energie pulsu se pohybuje okolo 1 mJ (podobně jako vláknové lasery) při 30kHz, ale její délka trvání je mnohem kratší, tedy i špičkový výkon je vyšší.
Vláknový laser, který není vláknový laser?
Jde o lasery, které jsou často představeny jako vláknové lasery, ale jejich vlákno je pouze optický přenos výkonu z jednoho místa na druhé, tedy ze zdroje laseru do skenovací hlavy. Toto vlákno je pasivní a nezvyšuje výkon z laserového zdroje. Opravdový vláknový laser má aktivní optické vlákno, které je dvojité a do jeho středu je pumpován diodový laserový zdroj, který v optickém vláknu dopovaném ytterbiem vytváří výsledný laserový paprsek, který je na jiné vlnové délce a o vyšším výkonu. Tento princip s aktivním optickým vláknem je skutečný vláknový laser. Je nutné mít optický izolátor v laserech, jinak odrazený výkon může projít zpět a jeho nárůst může poškodit celkovou konstrukci laseru („propálí“ se například vlákno).
