Основний принциподномодові волоконні лазери
Генерація лазера вимагає виконання трьох основних умов: інверсії населеності, відповідного резонансного резонатора та досягненнялазерпоріг (коефіцієнт посилення світла в резонансному резонаторі має бути більшим за втрати). Механізм роботи одномодових волоконних лазерів саме базується на цих фундаментальних фізичних принципах і досягає оптимізації продуктивності завдяки спеціальній структурі волоконних хвилеводів.
Вимушене випромінювання та інверсія населеності є фізичною основою генерації лазерів. Коли світлова енергія, що випромінюється джерелом накачування (зазвичай напівпровідниковим лазерним діодом), вводиться у волокно підсилення, леговане іонами рідкісноземельних елементів (такими як ітербій Yb³⁺, ербій Er³⁺), іони рідкісноземельних елементів поглинають енергію та переходять з основного стану у збуджений. Коли кількість іонів у збудженому стані перевищує кількість іонів в основному стані, утворюється стан інверсії населеності. У цей момент падаючий фотон запускає вимушене випромінювання іона у збудженому стані, генеруючи нові фотони з такою ж частотою, фазою та напрямком, як і падаючий фотон, тим самим досягаючи оптичного посилення.
Основна особливість одномодовоговолоконні лазериполягає в їхньому надзвичайно малому діаметрі осердя (зазвичай 8-14 мкм). Згідно з теорією хвильової оптики, таке тонке осердя може стабільно передавати лише одну моду електромагнітного поля (тобто фундаментальну моду LP₀₁ або моду HE₁₁), тобто одномодове випромінювання. Це усуває проблему міжмодової дисперсії, що існує в багатомодових волокнах, тобто явище розширення імпульсу, спричинене поширенням різних мод з різними швидкостями. З точки зору характеристик передачі, різниця ходу світла, що поширюється вздовж осьового напрямку в одномодових оптичних волокнах, надзвичайно мала, що забезпечує ідеальну просторову когерентність та гауссовий розподіл енергії, а коефіцієнт якості променя M² може наближатися до 1 (M²=1 для ідеального гауссового променя).
Волоконні лазери є видатними представниками третього поколіннялазерна технологія, які використовують скловолокна, леговані рідкісноземельними елементами, як середовище підсилення. Протягом останнього десятиліття одномодові волоконні лазери займають дедалі більшу частку на світовому ринку лазерів завдяки своїм унікальним перевагам у продуктивності. Порівняно з багатомодовими волоконними лазерами або традиційними твердотільними лазерами, одномодові волоконні лазери можуть генерувати ідеальний гауссівський промінь з якістю променя, близькою до 1, що означає, що промінь може майже досягти теоретичного мінімального кута розбіжності та мінімальної сфокусованої плями. Ця особливість робить його незамінним у сферах обробки та вимірювання, що вимагають високої точності та низького теплового впливу.
Час публікації: 19 листопада 2025 р.