फाइबर युग्मित अर्धचालक लेजर

परिभाषा: एक डायोड लेजर जसमा उत्पन्न हुने प्रकाशलाई अप्टिकल फाइबरमा जोडिन्छ।

धेरै अवस्थामा, डायोड लेजरबाट आउटपुट प्रकाशलाई अप्टिकल फाइबरमा जोड्न आवश्यक हुन्छ ताकि प्रकाशलाई आवश्यक पर्ने ठाउँमा पठाउन सकिन्छ। फाइबर-जोडिएको अर्धचालक लेजरहरूको निम्न फाइदाहरू छन्:

1. अप्टिकल फाइबरबाट उत्सर्जित प्रकाशको तीव्रता वक्र सामान्यतया चिल्लो र गोलाकार हुन्छ, र बीम गुणस्तर सममित हुन्छ, जुन प्रयोगमा धेरै सुविधाजनक छ। उदाहरण को लागी, कम जटिल अप्टिक्स अन्त-पम्प ठोस राज्य लेजरहरूको लागि गोलाकार पम्प स्पटहरू उत्पन्न गर्न प्रयोग गरिन्छ।

2. यदि लेजर डायोड र यसको कूलिंग यन्त्रलाई ठोस-स्टेट लेजर हेडबाट हटाइयो भने, लेजर धेरै सानो हुन्छ र अन्य अप्टिकल भागहरू राख्न पर्याप्त ठाउँ हुन्छ।

3. अयोग्य अप्टिकली युगल सेमीकन्डक्टर लेजरहरू प्रतिस्थापन गर्न उपकरणको व्यवस्था परिवर्तन गर्न आवश्यक छैन।

4. अप्टिकल युग्मन उपकरण अन्य फाइबर अप्टिक उपकरणहरूसँग संयोजनमा प्रयोग गर्न सजिलो छ।

फाइबर युग्मित सेमीकन्डक्टर लेजर प्रकारहरू

धेरै समाप्त डायोड लेजरहरू फाइबर-जोडिएका हुन्छन्, लेजर प्याकेजमा धेरै बलियो फाइबर-जोडिएको अप्टिक्स समावेश गर्दछ। विभिन्न डायोड लेजरहरूले विभिन्न फाइबर र प्रविधिहरू प्रयोग गर्छन्।

सबैभन्दा सरल मामला यो हो कि VCSEL (Vertical Cavity Surface Radiation Laser) ले सामान्यतया धेरै उच्च बीम गुणस्तर, मध्यम बीम विचलन, कुनै दृष्टिविहीनता, र गोलाकार तीव्रता वितरण भएको बीम विकिरण गर्दछ। एकल-मोड फाइबरको कोरमा विकिरण स्थान इमेजिङ गर्न सरल गोलाकार लेन्स चाहिन्छ। युग्मन दक्षता 70-80% पुग्न सक्छ। अप्टिकल फाइबरहरू पनि सीधा VCSEL को विकिरण सतहमा जोड्न सकिन्छ।

सानो किनारा-उत्सर्जक लेजर डायोडहरूले एकल स्थानिय मोडलाई पनि विकिरण गर्दछ र यसरी सिद्धान्तमा, कुशलतापूर्वक एकल-मोड फाइबरहरूमा जोडिन सक्छ। यद्यपि, यदि केवल एक साधारण गोलाकार लेन्स प्रयोग गरिन्छ भने, बीमको अण्डाकारले युग्मन दक्षतालाई धेरै कम गर्नेछ। र बीम विचलन कोण कम्तिमा एक दिशामा अपेक्षाकृत ठूलो छ, त्यसैले लेन्समा अपेक्षाकृत ठूलो संख्यात्मक एपर्चर हुनु आवश्यक छ। अर्को समस्या डायोडको आउटपुट लाइटमा अवस्थित दृष्टिवैषम्यता हो, विशेष गरी लाभ-निर्देशित डायोड, जसलाई अतिरिक्त बेलनाकार लेन्स प्रयोग गरेर क्षतिपूर्ति गर्न सकिन्छ। यदि आउटपुट पावर धेरै सय मिलिवाटमा पुग्छ भने, फाइबर-कपल्ड गेन-गाइडेड लेजर डायोडहरू एर्बियम-डोपड फाइबर एम्पलीफायरहरू पम्प गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।

चित्र २: साधारण कम-शक्ति फाइबर-जोडिएको किनारा-उत्सर्जक लेजर डायोडको योजनाबद्ध। गोलाकार लेन्स लेजर डायोडको सतहबाट फाइबर कोरमा उत्सर्जित प्रकाशलाई चित्रण गर्न प्रयोग गरिन्छ। बीम अण्डाकार र दृष्टिवैषम्य युग्मन दक्षता कम गर्दछ।

ठूला-क्षेत्र लेजर डायोडहरू विकिरणको दिशामा स्थानिय रूपमा बहु-मोड हुन्छन्। यदि तपाईंले केवल बेलनाकार लेन्स मार्फत गोलाकार बीमलाई आकार दिनुभयो (उदाहरणका लागि, एउटा फाइबर लेन्स, चित्र 3 मा देखाइए अनुसार) र त्यसपछि मल्टीमोड फाइबर प्रविष्ट गर्नुहोस्, धेरैजसो चमक हराउनेछ किनभने द्रुत अक्ष दिशामा उच्च गुणस्तरको बीम। गुणस्तर प्रयोग गर्न सकिँदैन। उदाहरण को लागी, 1W को पावर संग प्रकाश 50 माइक्रोन को कोर व्यास र 0.12 को संख्यात्मक एपर्चर संग मल्टिमोड फाइबर प्रवेश गर्न सक्छ। यो प्रकाश कम शक्ति बल्क लेजर पम्प गर्न पर्याप्त छ, जस्तै माइक्रोचिप लेजर। 10W प्रकाश उत्सर्जन गर्न पनि सम्भव छ।

चित्र ३: साधारण अप्टिकली जोडिएको ठूलो-क्षेत्र लेजर डायोडको योजनाबद्ध। फाइबर अप्टिक लेन्सहरू द्रुत अक्ष दिशामा प्रकाश मिलाउन प्रयोग गरिन्छ।

सुधारिएको ब्रोडब्यान्ड लेजर प्रविधिले यसलाई फायर गर्नु अघि बिमलाई सममित बीम गुणस्तर (बिमको त्रिज्या मात्र होइन) आकार दिनु हो। यसले पनि उच्च चमकको परिणाम दिन्छ।

डायोड एरेहरूमा, असममित बीम गुणस्तरको समस्या अझ गम्भीर छ। प्रत्येक ट्रान्समिटरको आउटपुटलाई फाइबर बन्डलमा फरक फाइबरमा जोड्न सकिन्छ। अप्टिकल फाइबरहरू डायोड एरेको एक छेउमा रैखिक रूपमा व्यवस्थित छन्, तर आउटपुट छेउहरू गोलाकार एरेमा व्यवस्थित छन्। बीमलाई मल्टीमोड फाइबरमा लन्च गर्नु अघि सममित बीम गुणस्तर प्राप्त गर्न बीम आकारको प्रयोग गर्न सकिन्छ। यसले 30W प्रकाशलाई 0.22 को संख्यात्मक एपर्चरको साथ 200 माइक्रोन व्यास फाइबरमा जोड्न अनुमति दिन्छ। यो यन्त्र लगभग 15W को आउटपुट पावर प्राप्त गर्न Nd:YAG वा Nd:YVO4 लेजरहरू पम्प गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।

डायोड स्ट्याकहरूमा, ठूला कोर व्यास भएका फाइबरहरू पनि सामान्यतया प्रयोग गरिन्छ। धेरै सय वाट (वा धेरै किलोवाट) प्रकाशलाई 600 माइक्रोनको कोर व्यास र 0.22 को संख्यात्मक एपर्चर भएको अप्टिकल फाइबरमा जोड्न सकिन्छ।

फाइबर युग्मन को हानि।

फ्री-स्पेस विकिरण लेजरहरूको तुलनामा फाइबर-जोडिएको सेमीकन्डक्टर लेजरहरूको केही बेफाइदाहरू समावेश छन्:

उच्च लागत। बीम ह्यान्डलिङ र ट्रान्समिसन प्रक्रियाहरू सरलीकृत भएमा लागत घटाउन सकिन्छ।

आउटपुट पावर थोरै सानो छ र अझ महत्त्वपूर्ण रूपमा चमक। प्रयोग गरिएको फाइबर कपलिंग टेक्नोलोजीको आधारमा चमकको हानि कहिलेकाहीँ धेरै ठूलो हुन्छ (परिमाणको अर्डर भन्दा ठूलो) र कहिले सानो। केही अवस्थामा यसले फरक पार्दैन, तर अन्य अवस्थामा यो समस्या हुन्छ, जस्तै डायोड-पम्प बल्क लेजरहरू वा उच्च-शक्ति फाइबर लेजरहरूको डिजाइनमा।

धेरैजसो अवस्थामा (विशेष गरी मल्टीमोड फाइबर), फाइबरले ध्रुवीकरण कायम राख्छ। त्यसपछि फाइबरको आउटपुट लाइट आंशिक रूपमा ध्रुवीकृत हुन्छ, र यदि फाइबर सारियो वा तापमान परिवर्तन भयो भने, ध्रुवीकरण अवस्था पनि परिवर्तन हुनेछ। यदि पम्प अवशोषण ध्रुवीकरण निर्भर छ भने, यसले डायोड-पम्प ठोस-राज्य लेजरहरूमा महत्त्वपूर्ण स्थिरता समस्याहरू सिर्जना गर्न सक्छ।