Ang pangunahing prinsipyo ng single-mode fiber lasers

Ang pangunahing prinsipyo ngsingle-mode fiber lasers

Ang henerasyon ng laser ay nangangailangan ng pagtugon sa tatlong pangunahing kondisyon: pagbabaligtad ng populasyon, isang naaangkop na resonant na lukab, at pag-abot salaserthreshold (ang pagkakaroon ng liwanag sa resonant cavity ay dapat na mas malaki kaysa sa pagkawala). Ang gumaganang mekanismo ng single-mode fiber lasers ay tiyak na nakabatay sa mga pangunahing pisikal na prinsipyong ito at nakakamit ang performance optimization sa pamamagitan ng espesyal na istraktura ng fiber waveguides.

Ang pinasiglang radiation at pagbabaligtad ng populasyon ay ang pisikal na batayan para sa pagbuo ng mga laser. Kapag ang liwanag na enerhiya na ibinubuga ng pinagmumulan ng pump (karaniwan ay isang semiconductor laser diode) ay na-injected sa gain fiber na doped na may mga rare earth ions (gaya ng Ytterbium Yb³⁺, erbium Er³⁺), ang rare earth ions ay sumisipsip ng enerhiya at lumipat mula sa ground state patungo sa excited state. Kapag ang bilang ng mga ion sa nasasabik na estado ay lumampas sa nasa ground state, nabuo ang isang population inversion state. Sa puntong ito, ang photon ng insidente ay magti-trigger ng stimulated radiation ng excited-state ion, na bumubuo ng mga bagong photon ng parehong frequency, phase at direksyon bilang photon ng insidente, at sa gayon ay nakakamit ang optical amplification.

Ang pangunahing tampok ng single-modefiber lasersnamamalagi sa kanilang napakahusay na diameter ng core (karaniwang 8-14μm). Ayon sa wave optics theory, ang gayong pinong core ay maaari lamang payagan ang isang electromagnetic field mode (ibig sabihin, basic mode LP₀₁ o HE₁₁ mode) na stably transmitted, iyon ay, ang single mode. Tinatanggal nito ang problema sa intermodal dispersion na umiiral sa mga multimode fibers, iyon ay, ang pulse broadening phenomenon na dulot ng pagpapalaganap ng iba't ibang mga mode sa iba't ibang bilis. Mula sa pananaw ng mga katangian ng paghahatid, ang pagkakaiba sa landas ng liwanag na nagpapalaganap sa kahabaan ng direksyon ng axial sa single-mode optical fibers ay napakaliit, na ginagawang ang output beam ay may perpektong spatial coherence at Gaussian energy distribution, at ang beam quality factor M² ay maaaring lumapit sa 1 (M²=1 para sa isang perpektong Gaussian beam).

Ang mga fiber laser ay mga natitirang kinatawan ng ikatlong henerasyonteknolohiya ng laser, na gumagamit ng rare earth element-doped glass fibers bilang gain medium. Sa nakalipas na dekada, ang single-mode fiber lasers ay sumakop sa isang lalong mahalagang bahagi sa pandaigdigang merkado ng laser, salamat sa kanilang natatanging mga pakinabang sa pagganap. Kung ikukumpara sa mga multimode fiber laser o tradisyonal na solid-state laser, ang single-mode fiber laser ay maaaring makabuo ng perpektong Gaussian beam na may kalidad ng beam na malapit sa 1, na nangangahulugang halos maabot ng beam ang theoretical minimum divergence Angle at minimum focused spot. Ang tampok na ito ay ginagawa itong hindi maaaring palitan sa mga larangan ng pagproseso at pagsukat na nangangailangan ng mataas na katumpakan at mababang epekto sa init.