Ang pangunahing prinsipyo ng single-mode fiber lasers

Ang pangunahing prinsipyo ngmga single-mode fiber laser

Ang pagbuo ng laser ay nangangailangan ng pagtugon sa tatlong pangunahing kondisyon: inversion ng populasyon, isang naaangkop na resonant cavity, at pag-abot salaserthreshold (ang pagtaas ng liwanag sa resonant cavity ay dapat na mas malaki kaysa sa pagkawala). Ang mekanismo ng paggana ng mga single-mode fiber laser ay tiyak na nakabatay sa mga pangunahing pisikal na prinsipyong ito at nakakamit ang pag-optimize ng pagganap sa pamamagitan ng espesyal na istruktura ng mga fiber waveguide.

Ang stimulated radiation at population inversion ang pisikal na batayan para sa pagbuo ng mga laser. Kapag ang enerhiya ng liwanag na inilalabas ng pump source (karaniwan ay isang semiconductor laser diode) ay ini-inject sa gain fiber na nilagyan ng mga rare earth ion (tulad ng Ytterbium Yb³⁺, erbium Er³⁺), ang mga rare earth ion ay sumisipsip ng enerhiya at lumilipat mula sa ground state patungo sa excited state. Kapag ang bilang ng mga ion sa excited state ay lumampas sa ground state, isang population inversion state ang nabubuo. Sa puntong ito, ang incident photon ay magti-trigger ng stimulated radiation ng excited-state ion, na bubuo ng mga bagong photon na may parehong frequency, phase at direksyon gaya ng incident photon, sa gayon ay nakakamit ang optical amplification.

Ang pangunahing katangian ng single-modemga fiber laseray nasa kanilang napakapinong diyametro ng core (karaniwang 8-14μm). Ayon sa teorya ng wave optics, ang ganitong pinong core ay maaari lamang magpahintulot sa isang electromagnetic field mode (ibig sabihin, fundamental mode na LP₀₁ o HE₁ mode) na maging matatag na naipapasa, ibig sabihin, ang single mode. Tinatanggal nito ang problema sa intermodal dispersion na umiiral sa mga multimode fiber, ibig sabihin, ang pulse broadening phenomenon na dulot ng paglaganap ng iba't ibang mode sa iba't ibang bilis. Mula sa perspektibo ng mga katangian ng transmission, ang path difference ng liwanag na lumalaganap sa axial direction sa mga single-mode optical fiber ay napakaliit, na ginagawang perpekto ang spatial coherence at Gaussian energy distribution ang output beam, at ang beam quality factor na M² ay maaaring lumapit sa 1 (M²=1 para sa isang ideal na Gaussian beam).

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