Fiber lazer nədir?

Tərif: Qazanc mühiti kimi qatqılı lifdən istifadə edən lazer və ya lazer rezonatoru əsasən lifdən ibarət olan lazer.

Fiber lazerlər adətən qazanc mühiti kimi lifdən istifadə edən lazerlərə istinad edir, baxmayaraq ki, yarımkeçirici qazanc mühitindən (yarımkeçirici optik gücləndiricilər) və lif rezonatorlarından istifadə edən bəzi lazerləri lif lazerləri (yaxud yarımkeçirici optik lazerlər) də adlandırmaq olar. Bundan əlavə, bəzi digər lazer növləri (məsələn, liflə birləşdirilmiş yarımkeçirici diodlar) və lif gücləndiriciləri də fiber lazerlər (və ya fiber lazer sistemləri) adlanır.

Əksər hallarda qazanc mühiti erbium (Er3+), iterbium (Yb3+), torium (Tm3+) və ya praseodimium (Pr3+) kimi nadir torpaq ionu ilə qatqılı lifdir və bir və ya daha çox liflə birləşdirilmiş lazer diodları tələb olunur. nasos üçün. Fiber lazerlərin qazanma mühiti bərk hallı toplu lazerlərə bənzəsə də, dalğa ötürücü effekti və kiçik effektiv rejim sahəsi fərqli xüsusiyyətlərə malik lazerlərlə nəticələnir. Məsələn, onlar adətən yüksək lazer qazancına və yüksək rezonator boşluğu itkilərinə malikdirlər. Fiber lazer və toplu lazer girişlərinə baxın.

Şəkil 1

Fiber lazer rezonatoru

Optik lifdən istifadə edərək lazer rezonatoru əldə etmək üçün xətti rezonator yaratmaq və ya lif halqalı lazer yaratmaq üçün bir sıra reflektorlardan istifadə etmək olar. Xətti optik lazer rezonatorunda müxtəlif növ reflektorlardan istifadə edilə bilər:

Şəkil 2

1. Laboratoriya qurğularında Şəkil 1-də göstərildiyi kimi, perpendikulyar şəkildə kəsilmiş liflərin uclarında adi dikroik güzgülərdən istifadə oluna bilər. Lakin bu məhlul irimiqyaslı istehsalda istifadə oluna bilməz və davamlı deyil.

2. Çılpaq lifin sonundakı Fresnel əksi fiber lazer üçün çıxış birləşdiricisi kimi xidmət etmək üçün kifayətdir. Şəkil 2 bir nümunə göstərir.

3. Dielektrik örtüklər də birbaşa buxarlanma yolu ilə liflərin uclarına yerləşdirilə bilər. Bu cür örtüklər geniş diapazonda yüksək əks etdirməyə nail ola bilər.

4. Ticarət məhsullarında adətən birbaşa qatqılı liflərdən və ya qatqısız lifləri aktiv liflərə birləşdirməklə hazırlana bilən lif Bragg barmaqlıqlarından istifadə olunur. Şəkil 3-də iki lif barmaqlığı olan paylanmış Bragg reflektor lazeri (DBR lazer) göstərilir. Əlavə edilmiş lifdə ızgara və aralarında faza sürüşməsi olan paylanmış əks əlaqə lazeri də var.

5. Əgər lifdən yayılan işıq linza ilə birləşdirilərsə və dixroik güzgü ilə əks olunarsa, daha yaxşı enerji idarəetməsi əldə edilə bilər. Güzgü tərəfindən qəbul edilən işıq daha böyük şüa sahəsinə görə çox azalmış intensivliyə malik olacaq. Bununla belə, cüzi yanlış hizalanmalar əhəmiyyətli əksetmə itkilərinə səbəb ola bilər və lifin son tərəflərində əlavə Fresnel əks etdirmələri filtr effektləri yarada bilər. Sonuncu bucaqlı parçalanmış lif uclarından istifadə etməklə sıxışdırıla bilər, lakin bu, dalğa uzunluğundan asılı itkilərə səbəb olur.

6. Fiber birləşdiricisi və passiv liflərdən istifadə edərək optik döngə reflektoru yaratmaq da mümkündür.

Optik lazerlərin əksəriyyəti bir və ya daha çox liflə birləşdirilmiş yarımkeçirici lazerlər tərəfindən vurulur. Nasos işığı birbaşa lif nüvəsinə və ya yüksək güclə nasos örtüyünə birləşdirilir (ikiqat örtülü liflərə baxın), aşağıda ətraflı müzakirə olunacaq.

Fiber lazerlərin bir çox növləri var, onlardan bir neçəsi aşağıda təsvir edilmişdir.

Fiber lazerlərin bir çox növləri var, onlardan bir neçəsi aşağıda təsvir edilmişdir.

Yüksək güclü fiber lazerlər

Əvvəlcə fiber lazerlər yalnız bir neçə millivatlıq çıxış gücünə nail ola bildi. Bu gün yüksək güclü fiber lazerlər tək rejimli liflərdən bir neçə yüz vatt, bəzən hətta bir neçə kilovatlıq çıxış gücünə nail ola bilir. Bu, termo-optik təsirlərdən qaçan aspekt nisbətini və dalğa ötürücü effektləri artırmaqla əldə edilir.

Daha ətraflı məlumat üçün girişə baxın Yüksək güclü fiber lazerlər və gücləndiricilər.

Upconversion fiber lazerlər

Fiber lazerlər, adətən, nisbətən nadir lazer keçidlərində işləyən və çox yüksək nasos intensivliyi tələb edən upconversion lazerlərin həyata keçirilməsi üçün xüsusilə uyğundur. Fiber lazerlərdə yüksək nasos intensivliyi uzun məsafələrdə saxlanıla bilər ki, əldə edilən qazanc səmərəliliyi çox az qazanclı keçidlər üçün asanlıqla əldə edilir.

Əksər hallarda silisium lifləri yuxarı çevrilmə lif lazerləri üçün uyğun deyil, çünki yuxarıya çevrilmə mexanizmi yüksək fonon enerjisi səbəbindən silisium liflərində adətən çox kiçik olan elektron enerji səviyyəsində uzun aralıq vəziyyət ömrü tələb edir (multifoton keçidlərinə baxın). Buna görə də, adətən, aşağı fonon enerjisi olan ZBLAN (ftorzirkonat) kimi bəzi ağır metal flüorid lifləri istifadə olunur.

Ən çox istifadə edilən upconversion fiber lazerlər mavi işıq üçün torium qatqılı liflər, qırmızı, narıncı, yaşıl və ya mavi işıq üçün praseodimium qatqılı lazerlər (bəzən iterbiylə) və triod üçün erbium qatqılı lazerlərdir.

Dar xətt enli fiber lazerlər

Fiber lazerlər bir neçə kiloherts və ya hətta 1 kHz-dən az olan çox dar bir xətt eni ilə yalnız bir uzununa rejimdə işləyə bilər (bax: tək tezlikli lazer, tək rejimli əməliyyat). Uzunmüddətli dayanıqlı tək tezlikli işləmə üçün və temperaturun sabitliyini nəzərə aldıqdan sonra əlavə tələblər olmadan lazer boşluğu qısa olmalıdır (məsələn, 5 sm), baxmayaraq ki, boşluq nə qədər uzun olsa, prinsipcə, faza səs-küyü bir o qədər az və daha daralır. xəttin eni. Fiberin ucunda boşluq rejimini seçmək üçün dar zolaqlı lif Bragg ızgarası (paylanmış Bragg reflektor lazerinə, DBR lif lazerinə baxın) var. Çıxış gücü adətən bir neçə millivatdan onlarla millivata qədər dəyişir və çıxış gücü 1 Vt-a qədər olan tək tezlikli fiber lazerlər də mövcuddur.

Ekstremal forma paylanmış əks əlaqə lazeridir (DFB lazer), burada bütün lazer boşluğu lif Bragg ızgarasında yerləşir və aralarında faza sürüşməsi var. Burada boşluq nisbətən qısadır, bu, çıxış gücünü və xəttin genişliyini qurban verir, lakin tək tezlikli əməliyyat çox sabitdir.

Fiber gücləndiricilər daha yüksək güclərə gücləndirmək üçün də istifadə edilə bilər.

Q-switched fiber lazerlər

Fiber lazerlər müxtəlif aktiv və ya passiv Q açarlarından istifadə edərək onlarla nanosaniyədən yüzlərlə nanosaniyə qədər uzunluqlu impulslar yarada bilər. Bir neçə millijoul impuls enerjiləri böyük rejimli sahə lifləri ilə əldə edilə bilər və ekstremal hallarda doyma enerjisi (hətta böyük rejim sahəsi lifləri ilə) və zərər həddi (daha qısa impulslar üçün daha aydın) ilə məhdudlaşan onlarla millijoula çata bilər. Bütün lif cihazları (boş məkan optikləri istisna olmaqla) nəbz enerjisi ilə məhdudlaşır, çünki onlar adətən geniş rejimli lifləri və effektiv Q keçidini həyata keçirə bilmirlər.

Yüksək lazer qazancına görə, lifli lazerlərdə Q keçidi toplu lazerlərdəkindən çox fərqlidir və daha mürəkkəbdir. Adətən vaxt zonasında çoxlu sıçrayışlar olur və həmçinin rezonatorun gediş-gəliş vaxtından daha az uzunluqda Q keçidli impulslar istehsal etmək mümkündür.

Rejim kilidli fiber lazerlər pikosaniya və ya femtosaniyə impulsları istehsal etmək üçün daha mürəkkəb rezonatorlardan (ultraşort fiber lazerlər) istifadə edir. Burada lazer rezonatorunda aktiv modulyator və ya bəzi doymuş absorberlər var. Doymuş absorberlər qeyri-xətti qütbləşmə fırlanma effektləri və ya qeyri-xətti lif döngə güzgüsündən istifadə etməklə həyata keçirilə bilər. Qeyri-xətti döngə güzgüləri, məsələn, Şəkil 8-dəki "səkkiz rəqəmi lazer"ində istifadə edilə bilər, burada sol tərəfdə əsas rezonator və dairəvi ultraqısa impulsları gücləndirmək, formalaşdırmaq və sabitləşdirmək üçün qeyri-xətti lif halqası var. Xüsusilə harmonik rejimdə kilidləmə zamanı optik filtrlər kimi istifadə olunan alt boşluqlar kimi əlavə qurğular tələb olunur.