Apa iku laser serat?

Definisi: Laser sing nggunakake serat doped minangka medium gain, utawa laser sing resonator laser biasane kasusun saka serat.

Laser serat biyasane ngrujuk marang laser sing nggunakake serat minangka medium gain, sanajan sawetara laser sing nggunakake media gain semikonduktor (amplifier optik semikonduktor) lan resonator serat uga bisa kasebut laser serat (utawa laser optik semikonduktor). Kajaba iku, sawetara jinis laser liyane (contone, dioda semikonduktor gabungan serat) lan amplifier serat uga diarani laser serat (utawa sistem laser serat).

Umume kasus, medium gain minangka serat doped ion bumi langka, kayata erbium (Er3+), ytterbium (Yb3+), thorium (Tm3+), utawa praseodymium (Pr3+), lan siji utawa luwih dioda laser sing digandhengake karo serat dibutuhake. kanggo pumping. Sanajan medium gain laser serat padha karo laser akeh negara padhet, efek waveguide lan area mode efektif cilik nyebabake laser kanthi sifat sing beda. Contone, padha biasane duwe gain laser dhuwur lan mundhut growong resonator dhuwur. Waca entri serat laser lan laser akeh.

Gambar 1

Resonator serat laser

Kanggo entuk resonator laser nggunakake serat optik, sawetara reflektor bisa digunakake kanggo mbentuk resonator linear, utawa nggawe laser ring serat. Macem-macem jinis reflektor bisa digunakake ing resonator laser optik linear:

Gambar 2

1. Ing persiyapan laboratorium, cermin dichroic biasa bisa digunakake ing ujung serat sing dibelah tegak, kaya sing ditampilake ing Gambar 1. Nanging, solusi iki ora bisa digunakake ing produksi skala gedhe lan ora tahan lama.

2. Refleksi Fresnel ing mburi serat gundhul cukup kanggo ngawula minangka coupler output kanggo laser serat. Gambar 2 nuduhake conto.

3. Lapisan dielektrik uga bisa disimpen langsung ing ujung serat, biasane kanthi penguapan. Lapisan kasebut bisa nggayuh reflektivitas sing dhuwur sajrone sawetara sing akeh.

4. Ing produk komersial, serat Bragg gratings biasane digunakake, kang bisa disiapake langsung saka serat doped utawa dening splicing serat undoped kanggo serat aktif. Figure 3 nuduhake laser reflektor Bragg mbagekke (laser DBR), kang ngandhut loro gratings serat. Ana uga laser umpan balik mbagekke karo grating ing serat doped lan shift phase ing antarane.

5. Yen cahya cemlorot saka serat iki collimated dening lensa lan dibayangke maneh dening pangilon dichroic, luwih daya nangani bisa ngrambah. Cahya sing ditampa dening pangilon bakal nyuda intensitas amarga area sinar sing luwih gedhe. Nanging, misalignments tipis bisa nimbulaké mundhut bayangan wujud, lan bayangan Fresnel tambahan ing facets mburi serat bisa gawé efek Filter. Sing terakhir bisa ditindhes kanthi nggunakake ujung serat sing dibelah sudut, nanging iki nyebabake kerugian gumantung saka dawa gelombang.

6. Sampeyan uga bisa kanggo mbentuk reflektor daur ulang optik nggunakake coupler serat lan serat pasif.

Umume laser optik dipompa dening siji utawa luwih laser semikonduktor gabungan serat. Lampu pump digandhengake langsung menyang inti serat utawa ing daya dhuwur menyang cladding pump (ndeleng serat pindho klambi), kang bakal rembugan ing rinci ing ngisor iki.

Ana akeh jinis laser serat, sawetara sing diterangake ing ngisor iki.

Ana akeh jinis laser serat, sawetara sing diterangake ing ngisor iki.

Laser serat daya dhuwur

Kaping pisanan, laser serat mung bisa entuk kekuwatan output sawetara milliwatts. Dina iki, laser serat daya dhuwur bisa entuk daya output sawetara atus watt, lan kadhangkala malah sawetara kilowatts saka serat single-mode. Iki digayuh kanthi nambah rasio aspek lan efek pandu gelombang, sing ngindhari efek termo-optik.

Waca entri High-daya serat laser lan amplifier kanggo rincian liyane.

Upconversion serat laser

Laser serat utamané cocok kanggo nyadari laser upconversion, kang biasane operate ing transisi laser relatif arang lan mbutuhake kakiyatan pump dhuwur banget. Ing laser serat, kakiyatan pump dhuwur bisa maintained liwat long jarak, supaya gain efficiency dijupuk gampang kanggo transisi karo gain banget kurang.

Umume kasus, serat silika ora cocok kanggo laser serat upconversion, amarga mekanisme upconversion mbutuhake umur negara penengah dawa ing tingkat energi elektronik, kang biasane cilik banget ing serat silika amarga energi phonon dhuwur (ndeleng transisi multiphoton). Mulane, sawetara serat fluoride logam abot biasane digunakake, kayata ZBLAN (fluorozirconate) karo energi fonon kurang.

Laser serat upconversion sing paling umum digunakake yaiku serat doped torium kanggo cahya biru, laser doped praseodymium (kadhangkala nganggo ytterbium) kanggo cahya abang, oranye, ijo utawa biru, lan laser doped erbium kanggo triode.

Laser serat lebar garis sempit

Laser serat bisa digunakake mung ing mode longitudinal siji (ndeleng laser frekuensi siji, operasi mode siji) kanthi jembar garis sing sempit banget sawetara kilohertz utawa malah kurang saka 1 kHz. Kanggo operasi siji-frekuensi stabil long-term, lan tanpa syarat tambahan sawise considering stabilitas suhu, growong laser kudu cendhak (contone, 5 cm), sanajan maneh growong, ing asas, ing ngisor gangguan phase lan narrower ing. jembaré garis. Ing mburi serat ngandhut serat narrowband Bragg grating (ndeleng mbagekke Bragg reflektor laser, DBR serat laser) kanggo milih mode growong. Daya output biasane sawetara saka sawetara milliwatts nganti puluhan milliwatts, lan laser serat frekuensi siji karo daya output nganti 1 W uga kasedhiya.

Wangun ekstrem yaiku laser umpan balik sing disebarake (Laser DFB), ing ngendi kabeh rongga laser ana ing serat Bragg grating kanthi shift fase ing antarane. Ing kene rongga kasebut relatif cendhak, sing ngorbanake daya output lan lebar garis, nanging operasi frekuensi siji stabil banget.

Penguat serat uga bisa digunakake kanggo nggedhekake kekuwatan sing luwih dhuwur.

Laser serat Q-switched

Laser serat bisa ngasilake pulsa kanthi dawane saka puluhan nganti atusan nanodetik, nggunakake macem-macem saklar Q aktif utawa pasif. Tenaga pulsa sawetara millijoules bisa digayuh kanthi serat area mode gedhe, lan ing kasus sing ekstrem bisa tekan puluhan millijoules, diwatesi dening energi jenuh (sanajan kanthi serat area mode gedhe) lan ambang karusakan (luwih jelas kanggo pulsa sing luwih cendhek). Kabeh piranti serat (kajaba optik free-ruang) diwatesi ing energi pulsa, amarga padha biasane ora bisa ngleksanakake serat area mode gedhe lan ngoper Q efektif.

Amarga gain laser dhuwur, Q-switching ing laser serat beda banget ing alam saka laser akeh lan luwih Komplek. Biasane ana sawetara spike ing domain wektu, lan iku uga bisa kanggo gawé pulsa Q-ngalih karo dawa kurang saka resonator wektu babak-trip.

Laser serat sing dikunci mode nggunakake resonator sing luwih kompleks (laser serat ultrashort) kanggo ngasilake pulsa picosecond utawa femtosecond. Ing kene, resonator laser ngemot modulator aktif utawa sawetara penyerap jenuh. Penyerap jenuh bisa diwujudake kanthi efek rotasi polarisasi nonlinear utawa kanthi nggunakake pangilon daur ulang serat nonlinear. mirrors daur ulang nonlinear bisa digunakake, contone, ing "tokoh-saka-wolung laser" ing Figure 8, ngendi sisih kiwa ngandhut resonator utama lan ring serat nonlinear kanggo amplifying, mbentuk lan stabil pulsa ultrashort babak-trip. Utamane ing ngunci mode harmonik, piranti tambahan dibutuhake, kayata subcavities sing digunakake minangka saringan optik.