फाइबर लेजर के हो?

परिभाषा: एक लेजर जसले लाभको माध्यमको रूपमा डोपड फाइबर प्रयोग गर्दछ, वा लेजर जसको लेजर रेजोनेटर प्रायः फाइबरबाट बनेको हुन्छ।

फाइबर लेजरहरूले सामान्यतया लेजरहरूलाई जनाउँदछ जसले फाइबरलाई लाभको माध्यमको रूपमा प्रयोग गर्दछ, यद्यपि केही लेजरहरू जसले सेमीकन्डक्टर गेन मिडिया (सेमिकन्डक्टर अप्टिकल एम्पलीफायरहरू) र फाइबर रेजोनेटरहरूलाई फाइबर लेजरहरू (वा अर्धचालक अप्टिकल लेजरहरू) पनि भनिन्छ। थप रूपमा, केही अन्य प्रकारका लेजरहरू (उदाहरणका लागि, फाइबर-कपल्ड सेमीकन्डक्टर डायोडहरू) र फाइबर एम्पलीफायरहरूलाई पनि फाइबर लेजरहरू (वा फाइबर लेजर प्रणालीहरू) भनिन्छ।

धेरैजसो अवस्थामा, लाभको माध्यम दुर्लभ अर्थ आयन-डोप गरिएको फाइबर हो, जस्तै erbium (Er3+), ytterbium (Yb3+), थोरियम (Tm3+), वा praseodymium (Pr3+), र एक वा बढी फाइबर-युग्ने लेजर डायोडहरू आवश्यक हुन्छन्। पम्पिंग को लागी। यद्यपि फाइबर लेजरहरूको लाभको माध्यम ठोस-स्टेट बल्क लेजरहरूसँग मिल्दोजुल्दो छ, तर वेभगाइड प्रभाव र सानो प्रभावकारी मोड क्षेत्रले विभिन्न गुणहरू भएका लेजरहरूमा परिणाम दिन्छ। उदाहरणका लागि, तिनीहरूसँग सामान्यतया उच्च लेजर लाभ र उच्च रेजोनेटर गुहा हानि हुन्छ। प्रविष्टिहरू हेर्नुहोस् फाइबर लेजर र बल्क लेजर।

चित्र १

फाइबर लेजर रेजोनेटर

अप्टिकल फाइबर प्रयोग गरेर लेजर रेजोनेटर प्राप्त गर्न, रेखीय रेजोनेटर बनाउन वा फाइबर रिंग लेजर सिर्जना गर्न धेरै रिफ्लेक्टरहरू प्रयोग गर्न सकिन्छ। रैखिक अप्टिकल लेजर रेजोनेटरमा विभिन्न प्रकारका रिफ्लेक्टरहरू प्रयोग गर्न सकिन्छ:

चित्र २

1. प्रयोगशाला सेटअपहरूमा, चित्र 1 मा देखाइए अनुसार, लम्बवत रूपमा क्लीभ गरिएका फाइबरहरूको छेउमा साधारण डाइक्रोइक मिररहरू प्रयोग गर्न सकिन्छ। यद्यपि, यो समाधान ठूलो मात्रामा उत्पादनमा प्रयोग गर्न सकिँदैन र टिकाऊ हुँदैन।

2. नाङ्गो फाइबरको अन्त्यमा फ्रेस्नेल प्रतिबिम्ब फाइबर लेजरको लागि आउटपुट युग्मकको रूपमा सेवा गर्न पर्याप्त छ। चित्र २ ले एउटा उदाहरण देखाउँछ।

3. डाइइलेक्ट्रिक कोटिंगहरू सामान्यतया वाष्पीकरणद्वारा, फाइबरको छेउमा सिधै जम्मा गर्न सकिन्छ। यस्ता कोटिंग्सले फराकिलो दायरामा उच्च प्रतिबिम्ब प्राप्त गर्न सक्छ।

4. व्यावसायिक उत्पादनहरूमा, फाइबर ब्राग ग्रेटिङ्हरू सामान्यतया प्रयोग गरिन्छ, जुन सीधै डोप गरिएको फाइबरबाट वा अनडप गरिएका फाइबरहरूलाई सक्रिय फाइबरहरूमा विभाजन गरेर तयार गर्न सकिन्छ। चित्र 3 ले वितरित ब्राग रिफ्लेक्टर लेजर (DBR लेजर) देखाउँछ, जसमा दुईवटा फाइबर ग्रेटिङ्हरू छन्। त्यहाँ एक वितरित प्रतिक्रिया लेजर पनि छ जसमा डोप गरिएको फाइबरमा ग्रेटिंग र बीचमा फेज शिफ्ट हुन्छ।

5. यदि फाइबरबाट उत्सर्जित प्रकाशलाई लेन्सले मिलाएर डिक्रोइक मिररले फिर्ता प्रतिबिम्बित गर्छ भने, राम्रो पावर ह्यान्डलिंग हासिल गर्न सकिन्छ। ठूलो बीम क्षेत्रको कारण ऐनाले प्राप्त गरेको प्रकाशको तीव्रता धेरै कम हुनेछ। जे होस्, थोरै मिसालाइनमेन्टले महत्त्वपूर्ण प्रतिबिम्ब हानि निम्त्याउन सक्छ, र फाइबरको अन्तिम पक्षहरूमा अतिरिक्त फ्रेस्नेल प्रतिबिम्बले फिल्टर प्रभावहरू उत्पादन गर्न सक्छ। पछिल्लोलाई एङ्गल क्लीभ्ड फाइबर छेउ प्रयोग गरेर दबाउन सकिन्छ, तर यसले तरंगदैर्ध्य-निर्भर घाटाहरू परिचय गराउँछ।

6. फाइबर कपलर र निष्क्रिय फाइबर प्रयोग गरेर अप्टिकल लूप रिफ्लेक्टर बनाउन पनि सम्भव छ।

धेरैजसो अप्टिकल लेजरहरू एक वा बढी फाइबर-कपल्ड सेमीकन्डक्टर लेजरहरूद्वारा पम्प गरिन्छन्। पम्प लाइट सिधै फाइबर कोरमा वा उच्च शक्तिमा पम्प क्ल्याडिङमा जोडिएको हुन्छ (डबल-क्लाड फाइबरहरू हेर्नुहोस्), जसलाई तल विस्तारमा छलफल गरिनेछ।

त्यहाँ धेरै प्रकारका फाइबर लेजरहरू छन्, जसमध्ये केही तल वर्णन गरिएको छ।

त्यहाँ धेरै प्रकारका फाइबर लेजरहरू छन्, जसमध्ये केही तल वर्णन गरिएको छ।

उच्च शक्ति फाइबर लेजरहरू

सुरुमा, फाइबर लेजरहरूले केही मिलिवाटको आउटपुट पावरहरू मात्र प्राप्त गर्न सक्षम थिए। आज, उच्च-शक्ति फाइबर लेजरहरूले धेरै सय वाटको आउटपुट पावरहरू प्राप्त गर्न सक्छन्, र कहिलेकाहीँ एकल-मोड फाइबरबाट धेरै किलोवाट पनि। यो पक्ष अनुपात र वेभगाइड प्रभावहरू बढाएर हासिल गरिन्छ, जसले थर्मो-अप्टिकल प्रभावहरूलाई बेवास्ता गर्दछ।

थप विवरणहरूको लागि प्रविष्टि उच्च-शक्ति फाइबर लेजरहरू र एम्पलीफायरहरू हेर्नुहोस्।

अपरूपान्तरण फाइबर लेजरहरू

फाइबर लेजरहरू अपरूपान्तरण लेजरहरू महसुस गर्नको लागि विशेष रूपमा उपयुक्त छन्, जुन सामान्यतया अपेक्षाकृत दुर्लभ लेजर ट्रान्जिसनहरूमा काम गर्दछ र धेरै उच्च पम्प तीव्रता चाहिन्छ। फाइबर लेजरहरूमा, उच्च पम्प तीव्रताहरू लामो दूरीमा कायम राख्न सकिन्छ, ताकि प्राप्त लाभ दक्षता धेरै कम लाभको साथ ट्रान्जिसनहरूको लागि सजिलै प्राप्त गर्न सकिन्छ।

धेरैजसो अवस्थामा, सिलिका फाइबरहरू अपरूपान्तरण फाइबर लेजरहरूका लागि उपयुक्त हुँदैनन्, किनभने अपरूपान्तरण संयन्त्रलाई इलेक्ट्रोनिक ऊर्जा स्तरमा लामो मध्यवर्ती राज्य जीवनकाल चाहिन्छ, जुन उच्च फोनोन ऊर्जाको कारणले सामान्यतया सिलिका फाइबरहरूमा धेरै सानो हुन्छ (मल्टीफोटन ट्रान्जिसनहरू हेर्नुहोस्)। त्यसकारण, केही भारी धातु फ्लोराइड फाइबरहरू सामान्यतया प्रयोग गरिन्छ, जस्तै ZBLAN (एक फ्लोरोजिरकोनेट) कम फोनोन ऊर्जाको साथ।

सबैभन्दा सामान्य रूपमा प्रयोग हुने अपरूपान्तरण फाइबर लेजरहरू नीलो प्रकाशका लागि थोरियम-डोपड फाइबरहरू, रातो, सुन्तला, हरियो वा निलो प्रकाशको लागि प्रासियोडिमियम-डोपड लेजरहरू (कहिलेकाँही यटरबियमसँग), र ट्रियोडका लागि एर्बियम-डोपेड लेजरहरू हुन्।

संकीर्ण-लाइन चौडाइ फाइबर लेजरहरू

फाइबर लेजरहरूले केही किलोहर्ट्ज वा 1 kHz भन्दा कमको धेरै साँघुरो लाइनविड्थको साथ मात्र एकल अनुदैर्ध्य मोडमा काम गर्न सक्छन् (एकल-फ्रिक्वेन्सी लेजर, एकल-मोड सञ्चालन हेर्नुहोस्)। दीर्घकालीन स्थिर एकल-फ्रिक्वेन्सी सञ्चालनको लागि, र तापमान स्थिरतालाई विचार गरेपछि अतिरिक्त आवश्यकताहरू बिना, लेजर गुहा छोटो हुनुपर्छ (जस्तै, 5 सेन्टिमिटर), यद्यपि गुफा जति लामो हुन्छ, सिद्धान्तमा, कम चरणको आवाज र साँघुरो। रेखा चौडाई। क्याभिटी मोड चयन गर्नको लागि फाइबरको छेउमा न्यारोब्यान्ड फाइबर ब्राग ग्रेटिङ् (वितरित ब्राग रिफ्लेक्टर लेजर, DBR फाइबर लेजर हेर्नुहोस्) हुन्छ। आउटपुट पावर सामान्यतया केही मिलिवाट देखि दसौं मिलिवाट सम्मको हुन्छ, र 1 W सम्म आउटपुट पावर भएका एकल-फ्रिक्वेन्सी फाइबर लेजरहरू पनि उपलब्ध छन्।

एक चरम रूप वितरित प्रतिक्रिया लेजर (DFB लेजर) हो, जहाँ सम्पूर्ण लेजर गुहा फाइबर ब्राग ग्रेटिङ् भित्र फेज शिफ्टको साथ समावेश हुन्छ। यहाँ गुहा अपेक्षाकृत छोटो छ, जसले आउटपुट पावर र लाइनविथ बलिदान दिन्छ, तर एकल-फ्रिक्वेन्सी सञ्चालन धेरै स्थिर छ।

फाइबर एम्पलीफायरहरू पनि उच्च शक्तिहरूमा थप विस्तार गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।

Q-स्विच गरिएको फाइबर लेजरहरू

फाइबर लेजरहरूले विभिन्न सक्रिय वा निष्क्रिय Q स्विचहरू प्रयोग गरेर दसौंदेखि सयौं नानोसेकेन्डसम्म लम्बाइका साथ पल्सहरू उत्पन्न गर्न सक्छन्। केही मिलिजुलको पल्स ऊर्जाहरू ठूला मोड एरिया फाइबरहरूद्वारा प्राप्त गर्न सकिन्छ, र चरम अवस्थामा दसौं मिलिजुलसम्म पुग्न सक्छ, संतृप्ति ऊर्जा (ठूलो मोड क्षेत्र फाइबरहरूसँग पनि) र क्षतिको थ्रेसहोल्ड (छोटो दालहरूको लागि अझ स्पष्ट) द्वारा सीमित। सबै फाइबर उपकरणहरू (फ्री-स्पेस अप्टिक्स बाहेक) पल्स ऊर्जामा सीमित छन्, किनभने तिनीहरू सामान्यतया ठूलो मोड क्षेत्र फाइबरहरू र प्रभावकारी Q स्विचिङ लागू गर्न सक्दैनन्।

उच्च लेजर लाभको कारण, फाइबर लेजरहरूमा Q-स्विचिंग थोक लेजरहरूमा भन्दा प्रकृतिमा धेरै फरक छ र अधिक जटिल छ। त्यहाँ सामान्यतया समय डोमेनमा धेरै स्पाइक्सहरू छन्, र यो रेजोनेटर राउन्ड-ट्रिप समय भन्दा कम लम्बाइको साथ Q-स्विच गरिएको पल्सहरू उत्पादन गर्न पनि सम्भव छ।

मोड-लक गरिएको फाइबर लेजरहरूले पिकोसेकेन्ड वा फेमटोसेकेन्ड पल्सहरू उत्पादन गर्न थप जटिल रेसोनेटरहरू (अल्ट्रासर्ट फाइबर लेजरहरू) प्रयोग गर्छन्। यहाँ, लेजर रेजोनेटरले सक्रिय मोड्युलेटर वा केही संतृप्त अवशोषकहरू समावेश गर्दछ। संतृप्त अवशोषकहरू ननलाइनर ध्रुवीकरण रोटेशन प्रभावहरूद्वारा वा ननलाइनर फाइबर लुप मिरर प्रयोग गरेर महसुस गर्न सकिन्छ। ननलाइनर लूप मिररहरू प्रयोग गर्न सकिन्छ, उदाहरणका लागि, चित्र 8 मा "आठको फिगर-अफ-लेजर" मा, जहाँ बायाँ छेउमा मुख्य रेजोनेटर र राउन्ड-ट्रिप अल्ट्राशर्ट पल्सलाई एम्प्लीफाइङ्ग, आकार र स्थिर गर्नको लागि एक ननलाइनर फाइबर रिंग हुन्छ। विशेष गरी हार्मोनिक मोड लकमा, अतिरिक्त उपकरणहरू आवश्यक पर्दछ, जस्तै अप्टिकल फिल्टरको रूपमा प्रयोग गरिएका सबकेभिटीहरू।