Vienmoda šķiedru lāzeru pamatprincips

Pamatprincipsvienmoda šķiedru lāzeri

Lāzera ģenerēšanai ir jāizpilda trīs pamatnosacījumi: populācijas inversija, atbilstoša rezonanses rezonators un sasniegšanalāzersslieksnis (gaismas pastiprinājumam rezonanses rezonatorā jābūt lielākam par zudumiem). Vienmoda šķiedru lāzeru darbības mehānisms ir precīzi balstīts uz šiem fundamentālajiem fizikas principiem un panāk veiktspējas optimizāciju, izmantojot šķiedru viļņvadu īpašo struktūru.

Stimulētais starojums un populācijas inversija ir lāzeru ģenerēšanas fizikālais pamats. Kad sūknēšanas avota (parasti pusvadītāju lāzera diodes) izstarotā gaismas enerģija tiek ievadīta pastiprināšanas šķiedrā, kas ir leģēta ar retzemju joniem (piemēram, iterbija Yb³⁺, erbija Er³⁺), retzemju joni absorbē enerģiju un pāriet no pamatstāvokļa uz ierosināto stāvokli. Kad jonu skaits ierosinātajā stāvoklī pārsniedz jonu skaitu pamatstāvoklī, veidojas populācijas inversijas stāvoklis. Šajā brīdī krītošais fotons iedarbinās ierosinātā stāvokļa jonu stimulēto starojumu, ģenerējot jaunus fotonus ar tādu pašu frekvenci, fāzi un virzienu kā krītošajam fotonam, tādējādi panākot optisko pastiprinājumu.

Vienmoda galvenā iezīmešķiedru lāzerislēpjas to ārkārtīgi smalkajā kodola diametrā (parasti 8–14 μm). Saskaņā ar viļņu optikas teoriju šāds smalks kodols var nodrošināt tikai viena elektromagnētiskā lauka režīma (t. i., pamatrežīma LP₀₁ vai HE₁₁ režīma) stabilu pārraidi, t. i., vienmoda šķiedras. Tas novērš intermodālās dispersijas problēmu, kas pastāv daudzmoda šķiedrās, t. i., impulsa paplašināšanās fenomenu, ko izraisa dažādu režīmu izplatīšanās ar atšķirīgu ātrumu. No pārraides raksturlielumu viedokļa gaismas ceļa starpība, kas izplatās aksiālā virzienā vienmoda optiskajās šķiedrās, ir ārkārtīgi maza, kas nodrošina izejas staru kūlim perfektu telpisko koherenci un Gausa enerģijas sadalījumu, un stara kvalitātes koeficients M² var tuvoties 1 (M² = 1 ideālam Gausa staram).

Šķiedru lāzeri ir izcili trešās paaudzes pārstāvji.lāzera tehnoloģija, kuros kā pastiprināšanas vidi tiek izmantotas ar retzemju elementiem leģētas stikla šķiedras. Pēdējās desmitgades laikā vienmoda šķiedru lāzeri ir ieņēmuši arvien nozīmīgāku daļu pasaules lāzeru tirgū, pateicoties to unikālajām veiktspējas priekšrocībām. Salīdzinot ar daudzmoda šķiedru lāzeriem vai tradicionālajiem cietvielu lāzeriem, vienmoda šķiedru lāzeri var ģenerēt ideālu Gausa staru kūli ar stara kvalitāti, kas ir tuvu 1, kas nozīmē, ka stars var gandrīz sasniegt teorētisko minimālo novirzes leņķi un minimālo fokusēto punktu. Šī īpašība padara to neaizstājamu apstrādes un mērījumu jomās, kurās nepieciešama augsta precizitāte un zema termiskā ietekme.