ເລເຊີເສັ້ນໄຍແມ່ນຫຍັງ?

ຄໍານິຍາມ: ເລເຊີທີ່ໃຊ້ເສັ້ນໄຍ doped ເປັນສື່ກາງ, ຫຼືເລເຊີທີ່ມີເລເຊີ resonator ສ່ວນຫຼາຍແມ່ນປະກອບດ້ວຍເສັ້ນໄຍ.

ເລເຊີເສັ້ນໄຍປົກກະຕິແລ້ວຫມາຍເຖິງເລເຊີທີ່ໃຊ້ເສັ້ນໄຍເປັນຕົວກາງທີ່ໄດ້ຮັບ, ເຖິງແມ່ນວ່າບາງ lasers ທີ່ໃຊ້ semiconductor gain media (semiconductor optical amplifiers) ແລະ fiber resonators ຍັງສາມາດເອີ້ນວ່າ fiber lasers (ຫຼື lasers semiconductor optical). ນອກຈາກນັ້ນ, ບາງປະເພດຂອງເລເຊີອື່ນໆ (ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ, ເສັ້ນໄຍ-ຄູ່ semiconductor diodes) ແລະເຄື່ອງຂະຫຍາຍເສັ້ນໄຍຍັງເອີ້ນວ່າ lasers ເສັ້ນໄຍ (ຫຼືລະບົບ laser ເສັ້ນໄຍ).

ໃນກໍລະນີຫຼາຍທີ່ສຸດ, ຂະຫນາດກາງທີ່ໄດ້ຮັບແມ່ນເສັ້ນໄຍ ion-doped ຂອງແຜ່ນດິນໂລກທີ່ຫາຍາກ, ເຊັ່ນ: erbium (Er3+), ytterbium (Yb3+), thorium (Tm3+), ຫຼື praseodymium (Pr3+), ແລະຫນຶ່ງຫຼືຫຼາຍກວ່າເສັ້ນໄຍ laser diodes ຄູ່ແມ່ນຕ້ອງການ. ສໍາລັບການສູບ. ເຖິງແມ່ນວ່າການໄດ້ຮັບຂະຫນາດກາງຂອງ lasers ເສັ້ນໄຍແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບ lasers ຂະຫນາດໃຫຍ່ຂອງລັດແຂງ, ຜົນກະທົບ waveguide ແລະພື້ນທີ່ຮູບແບບປະສິດທິພາບຂະຫນາດນ້ອຍສົ່ງຜົນໃຫ້ lasers ມີຄຸນສົມບັດທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ສໍາລັບການຍົກຕົວຢ່າງ, ພວກເຂົາເຈົ້າປົກກະຕິແລ້ວມີເລເຊີສູງແລະການສູນເສຍຢູ່ຕາມໂກນ resonator ສູງ. ເບິ່ງເລເຊີເສັ້ນໄຍ ແລະເລເຊີຂະໜາດໃຫຍ່.

ຮູບທີ 1

ໄຟເບີເລເຊີ resonator

ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ເຄື່ອງສະທ້ອນແສງເລເຊີໂດຍໃຊ້ເສັ້ນໄຍ optical, ຈໍານວນຂອງການສະທ້ອນແສງສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອສ້າງເປັນ resonator ເສັ້ນ, ຫຼືເພື່ອສ້າງ laser ring ເສັ້ນໄຍ. ປະເພດຕ່າງໆຂອງຕົວສະທ້ອນແສງສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ໃນເຄື່ອງສະທ້ອນແສງເລເຊີແບບເສັ້ນ:

ຮູບ 2

1. ໃນການຕິດຕັ້ງຫ້ອງທົດລອງ, ກະຈົກ dichroic ທໍາມະດາສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ໃນຕອນທ້າຍຂອງເສັ້ນໄຍ perpendicularly cleaved, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 1. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ການແກ້ໄຂນີ້ບໍ່ສາມາດຖືກນໍາໃຊ້ໃນການຜະລິດຂະຫນາດໃຫຍ່ແລະບໍ່ທົນທານ.

2. ການສະທ້ອນ Fresnel ໃນຕອນທ້າຍຂອງເສັ້ນໄຍເປົ່າແມ່ນພຽງພໍທີ່ຈະຮັບໃຊ້ເປັນຕົວເຊື່ອມຕໍ່ຜົນຜະລິດສໍາລັບເລເຊີເສັ້ນໄຍ. ຮູບທີ 2 ສະແດງຕົວຢ່າງ.

3. ການເຄືອບ Dielectric ຍັງສາມາດຖືກຝາກໂດຍກົງໃສ່ປາຍເສັ້ນໄຍ, ໂດຍປົກກະຕິໂດຍການລະເຫີຍ. ການເຄືອບດັ່ງກ່າວສາມາດບັນລຸການສະທ້ອນສູງໃນໄລຍະກວ້າງ.

4. ໃນຜະລິດຕະພັນການຄ້າ, ເສັ້ນໄຍ Bragg ປົກກະຕິແລ້ວຖືກນໍາໃຊ້, ເຊິ່ງສາມາດໄດ້ຮັບການກະກຽມໂດຍກົງຈາກເສັ້ນໄຍ doped ຫຼືໂດຍ splicing ເສັ້ນໄຍ undoped ກັບເສັ້ນໄຍການເຄື່ອນໄຫວ. ຮູບທີ 3 ສະແດງໃຫ້ເຫັນເລເຊີສະທ້ອນແສງ Bragg ທີ່ແຈກຢາຍ (ເລເຊີ DBR), ເຊິ່ງປະກອບດ້ວຍສອງເສັ້ນໄຍ. ນອກຈາກນີ້ຍັງມີເລເຊີຄໍາຕິຊົມທີ່ແຈກຢາຍທີ່ມີ grating ໃນເສັ້ນໄຍ doped ແລະການປ່ຽນແປງໄລຍະລະຫວ່າງ.

5. ຖ້າແສງສະຫວ່າງທີ່ປ່ອຍອອກມາຈາກເສັ້ນໄຍໄດ້ຖືກ collimated ໂດຍທັດສະນະແລະສະທ້ອນໃຫ້ເຫັນກັບຄືນໄປບ່ອນໂດຍກະຈົກ dichroic, ການຈັດການພະລັງງານທີ່ດີກວ່າສາມາດເຮັດໄດ້. ແສງສະຫວ່າງທີ່ໄດ້ຮັບໂດຍກະຈົກຈະມີຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍເນື່ອງຈາກພື້ນທີ່ຂອງ beam ທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ຄວາມບໍ່ສອດຄ່ອງເລັກນ້ອຍສາມາດເຮັດໃຫ້ເກີດການສູນເສຍການສະທ້ອນທີ່ສໍາຄັນ, ແລະການສະທ້ອນ Fresnel ເພີ່ມເຕີມຢູ່ທີ່ເສັ້ນໄຍ end facets ສາມາດສ້າງຜົນກະທົບຂອງການກັ່ນຕອງ. ສຸດທ້າຍສາມາດສະກັດກັ້ນໄດ້ໂດຍການໃຊ້ປາຍເສັ້ນໄຍ cleaved ເປັນມຸມ, ແຕ່ນີ້ແນະນໍາການສູນເສຍຄວາມຍາວຂອງຄື້ນ.

6. ມັນຍັງເປັນໄປໄດ້ທີ່ຈະປະກອບເປັນຕົວສະທ້ອນວົງ optical ໂດຍໃຊ້ຕົວເຊື່ອມຕໍ່ເສັ້ນໄຍແລະເສັ້ນໄຍຕົວຕັ້ງຕົວຕີ.

ເລເຊີ optical ສ່ວນໃຫຍ່ຖືກສູບໂດຍເລເຊີ semiconductor ທີ່ມີເສັ້ນໄຍຫນຶ່ງຫຼືຫຼາຍກວ່ານັ້ນ. ແສງສະຫວ່າງປັ໊ມແມ່ນສົມທົບໂດຍກົງເຂົ້າໄປໃນແກນເສັ້ນໄຍຫຼືດ້ວຍພະລັງງານສູງເຂົ້າໄປໃນປັ໊ມ cladding (ເບິ່ງເສັ້ນໄຍ double-clad), ເຊິ່ງຈະໄດ້ຮັບການປຶກສາຫາລືໃນລາຍລະອຽດຂ້າງລຸ່ມນີ້.

ມີຫຼາຍປະເພດຂອງເລເຊີເສັ້ນໄຍ, ຈໍານວນຫນ້ອຍທີ່ອະທິບາຍຂ້າງລຸ່ມນີ້.

ມີຫຼາຍປະເພດຂອງເລເຊີເສັ້ນໄຍ, ຈໍານວນຫນ້ອຍທີ່ອະທິບາຍຂ້າງລຸ່ມນີ້.

ເລເຊີເສັ້ນໄຍພະລັງງານສູງ

ໃນເບື້ອງຕົ້ນ, lasers ເສັ້ນໄຍພຽງແຕ່ສາມາດບັນລຸກໍາລັງຜົນຜະລິດຂອງ milliwatts ຈໍານວນຫນ້ອຍ. ໃນມື້ນີ້, lasers ເສັ້ນໄຍພະລັງງານສູງສາມາດບັນລຸກໍາລັງຜົນຜະລິດຫຼາຍຮ້ອຍວັດ, ແລະບາງຄັ້ງເຖິງແມ່ນວ່າຫຼາຍກິໂລວັດຈາກເສັ້ນໄຍຮູບແບບດຽວ. ນີ້ແມ່ນບັນລຸໄດ້ໂດຍການເພີ່ມອັດຕາສ່ວນແລະຜົນກະທົບ waveguide, ເຊິ່ງຫຼີກເວັ້ນຜົນກະທົບ thermo-optical.

ເບິ່ງລາຍການເລເຊີເສັ້ນໄຍພະລັງງານສູງ ແລະເຄື່ອງຂະຫຍາຍສຽງສຳລັບລາຍລະອຽດເພີ່ມເຕີມ.

Upconversion fiber lasers

ເລເຊີເສັ້ນໄຍແມ່ນເຫມາະສົມໂດຍສະເພາະສໍາລັບການຮັບຮູ້ lasers upconversion, ເຊິ່ງປົກກະຕິແລ້ວດໍາເນີນການກ່ຽວກັບການຫັນປ່ຽນ laser ຂ້ອນຂ້າງບໍ່ຄ່ອຍແລະຕ້ອງການຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງ pump ສູງຫຼາຍ. ໃນເລເຊີເສັ້ນໄຍ, ຄວາມເຂັ້ມຂອງປັ໊ມສູງສາມາດຮັກສາໄດ້ໃນໄລຍະໄກ, ດັ່ງນັ້ນປະສິດທິພາບທີ່ໄດ້ຮັບແມ່ນບັນລຸໄດ້ຢ່າງງ່າຍດາຍສໍາລັບການຫັນປ່ຽນທີ່ມີກໍາໄລຕໍ່າຫຼາຍ.

ໃນກໍລະນີຫຼາຍທີ່ສຸດ, ເສັ້ນໄຍ silica ບໍ່ເຫມາະສົມສໍາລັບ lasers ເສັ້ນໄຍ upconversion, ເນື່ອງຈາກວ່າກົນໄກການປ່ຽນໃຈເຫລື້ອມໃສ upconversion ຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີຊີວິດຂອງລະດັບປານກາງຍາວໃນລະດັບພະລັງງານເອເລັກໂຕຣນິກ, ເຊິ່ງປົກກະຕິແລ້ວແມ່ນຂະຫນາດນ້ອຍຫຼາຍໃນເສັ້ນໄຍຊິລິກາເນື່ອງຈາກພະລັງງານ phonon ສູງ (ເບິ່ງ multiphoton transitions). ດັ່ງນັ້ນ, ບາງເສັ້ນໃຍ fluoride ໂລຫະຫນັກມັກຈະຖືກນໍາໃຊ້, ເຊັ່ນ ZBLAN (a fluorozirconate) ທີ່ມີພະລັງງານ phonon ຕ່ໍາ.

ເລເຊີເສັ້ນໄຍ upconversion ທີ່ຖືກນໍາໃຊ້ຫຼາຍທີ່ສຸດແມ່ນເສັ້ນໄຍ thorium-doped ສໍາລັບແສງສະຫວ່າງສີຟ້າ, lasers praseodymium-doped (ບາງຄັ້ງມີ ytterbium) ສໍາລັບແສງສະຫວ່າງສີແດງ, ສີສົ້ມ, ສີຂຽວຫຼືສີຟ້າ, ແລະ lasers erbium-doped ສໍາລັບ triode.

ເລເຊີເສັ້ນໄຍເສັ້ນແຄບ

lasers ເສັ້ນໄຍອາດຈະດໍາເນີນການພຽງແຕ່ໃນໂຫມດຕາມລວງຍາວດຽວ (ເບິ່ງເລເຊີຄວາມຖີ່ດຽວ, ການດໍາເນີນງານໃນໂຫມດດຽວ) ທີ່ມີເສັ້ນແຄບຫຼາຍຂອງສອງສາມກິໂລແມັດຫຼືແມ້ກະທັ້ງຫນ້ອຍກວ່າ 1 kHz. ສໍາລັບການດໍາເນີນງານຄວາມຖີ່ດຽວທີ່ມີຄວາມຫມັ້ນຄົງໃນໄລຍະຍາວ, ແລະໂດຍບໍ່ມີຄວາມຕ້ອງການເພີ່ມເຕີມຫຼັງຈາກພິຈາລະນາຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງອຸນຫະພູມ, ຊ່ອງຫວ່າງເລເຊີຄວນຈະສັ້ນ (ເຊັ່ນ: 5 cm), ເຖິງແມ່ນວ່າຢູ່ຕາມໂກນຍາວ, ຕາມຫຼັກການ, ສຽງຂອງໄລຍະຕ່ໍາແລະແຄບລົງ. linewidth. ປາຍເສັ້ນໄຍປະກອບດ້ວຍເສັ້ນໄຍ Bragg grating (ເບິ່ງການແຈກຢາຍເລເຊີ Bragg reflector, DBR fiber laser) ເພື່ອເລືອກຮູບແບບການຢູ່ຕາມໂກນ. ໂດຍປົກກະຕິພະລັງງານຜົນຜະລິດມີຕັ້ງແຕ່ສອງສາມມິນລິວັດຫາຫຼາຍສິບ milliwatts, ແລະເລເຊີເສັ້ນໄຍຄວາມຖີ່ດຽວທີ່ມີກໍາລັງຜົນຜະລິດສູງເຖິງ 1 W ຍັງມີຢູ່.

ຮູບແບບທີ່ຮ້າຍກາດແມ່ນເລເຊີການຕອບຮັບທີ່ແຈກຢາຍ (ເລເຊີ DFB), ບ່ອນທີ່ຢູ່ຕາມໂກນເລເຊີທັງຫມົດແມ່ນບັນຈຸຢູ່ໃນເສັ້ນໄຍ Bragg grating ດ້ວຍການປ່ຽນໄລຍະລະຫວ່າງ. ທີ່ນີ້ຢູ່ຕາມໂກນແມ່ນຂ້ອນຂ້າງສັ້ນ, ເຊິ່ງເສຍສະລະພະລັງງານຜົນຜະລິດແລະ linewidth, ແຕ່ການດໍາເນີນງານຄວາມຖີ່ດຽວແມ່ນມີຄວາມຫມັ້ນຄົງຫຼາຍ.

ເຄື່ອງຂະຫຍາຍສາຍໄຟເບີຍັງສາມາດຖືກໃຊ້ເພື່ອຂະຫຍາຍໃຫ້ກຳລັງແຮງທີ່ສູງຂຶ້ນຕື່ມອີກ.

Q-ສະຫຼັບ lasers ເສັ້ນໄຍ

ເລເຊີເສັ້ນໄຍສາມາດສ້າງກໍາມະຈອນເຕັ້ນທີ່ມີຄວາມຍາວຕັ້ງແຕ່ສິບຫາຮ້ອຍນາໂນວິນາທີ, ໂດຍໃຊ້ສະວິດ Q ທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວ ຫຼືຕົວຕັ້ງຕົວຕີຕ່າງໆ. ພະລັງງານກໍາມະຈອນຂອງສອງສາມ millijoules ສາມາດບັນລຸໄດ້ດ້ວຍເສັ້ນໃຍພື້ນທີ່ຮູບແບບຂະຫນາດໃຫຍ່, ແລະໃນກໍລະນີທີ່ຮ້າຍແຮງສາມາດບັນລຸຫຼາຍສິບ millijoules, ຈໍາກັດໂດຍພະລັງງານການອີ່ມຕົວ (ເຖິງແມ່ນວ່າມີເສັ້ນໃຍພື້ນທີ່ຮູບແບບຂະຫນາດໃຫຍ່) ແລະຂອບເຂດຄວາມເສຍຫາຍ (ຫຼາຍ pronounced ສໍາລັບກໍາມະຈອນເຕັ້ນສັ້ນ). ອຸປະກອນເສັ້ນໄຍທັງໝົດ (ຍົກເວັ້ນຊ່ອງຫວ່າງ optics) ແມ່ນຖືກຈຳກັດໃນພະລັງງານກໍາມະຈອນ, ເພາະວ່າປົກກະຕິແລ້ວພວກມັນບໍ່ສາມາດປະຕິບັດເສັ້ນໃຍພື້ນທີ່ຂະໜາດໃຫຍ່ ແລະ ການປ່ຽນ Q ທີ່ມີປະສິດທິພາບ.

ເນື່ອງຈາກການໄດ້ຮັບເລເຊີສູງ, Q-switching ໃນ lasers ເສັ້ນໄຍແມ່ນແຕກຕ່າງກັນຫຼາຍໃນທໍາມະຊາດຈາກ lasers ຫຼາຍແລະສະລັບສັບຊ້ອນຫຼາຍ. ປົກກະຕິແລ້ວມີຫຼາຍ spikes ໃນໂດເມນທີ່ໃຊ້ເວລາ, ແລະມັນຍັງສາມາດຜະລິດ Q-switched pulses ທີ່ມີຄວາມຍາວຫນ້ອຍກ່ວາ resonator ທີ່ໃຊ້ເວລາໄປຕະຫຼອດ.

ເລເຊີເສັ້ນໄຍແບບລັອກໂໝດໃຊ້ເຄື່ອງສະທ້ອນແສງທີ່ຊັບຊ້ອນກວ່າ (ເລເຊີເສັ້ນໄຍ ultrashort) ເພື່ອຜະລິດ picosecond ຫຼື femtosecond pulses. ໃນທີ່ນີ້, ເຄື່ອງສະທ້ອນແສງເລເຊີມີຕົວຄວບຄຸມທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວຫຼືຕົວດູດຊຶມບາງອັນ. ເຄື່ອງດູດຄວາມອີ່ມຕົວສາມາດຮັບຮູ້ໄດ້ໂດຍຜົນກະທົບການຫມຸນ polarization nonlinear ຫຼືໂດຍການນໍາໃຊ້ກະຈົກເສັ້ນໄຍ loop nonlinear. ສາມາດໃຊ້ກະຈົກ loop nonlinear, ສໍາລັບການຍົກຕົວຢ່າງ, ໃນ "ຮູບຂອງແປດ laser" ໃນຮູບ 8, ບ່ອນທີ່ເບື້ອງຊ້າຍປະກອບດ້ວຍ resonator ຕົ້ນຕໍແລະວົງແຫວນເສັ້ນໄຍທີ່ບໍ່ແມ່ນເສັ້ນສໍາລັບການຂະຫຍາຍ, ຮູບຮ່າງແລະສະຖຽນລະພາບຂອງກໍາມະຈອນເຕັ້ນ ultrashort ຕະຫຼອດການເດີນທາງ. ໂດຍສະເພາະໃນການລັອກໂຫມດປະສົມກົມກຽວ, ອຸປະກອນເພີ່ມເຕີມແມ່ນຕ້ອງການ, ເຊັ່ນ: subcavities ທີ່ໃຊ້ເປັນການກັ່ນຕອງ optical.