Podstawowa zasadalasery światłowodowe jednomodowe
Do wygenerowania lasera wymagane jest spełnienie trzech podstawowych warunków: inwersja obsadzeń, odpowiednia wnęka rezonansowa i osiągnięcielaserpróg (wzmocnienie światła w wnęce rezonansowej musi być większe niż strata). Mechanizm działania laserów światłowodowych jednomodowych opiera się właśnie na tych fundamentalnych zasadach fizycznych i zapewnia optymalizację wydajności dzięki specjalnej konstrukcji światłowodów.
Stymulowane promieniowanie i inwersja obsadzeń stanowią fizyczną podstawę generowania laserów. Gdy energia świetlna emitowana przez źródło pompujące (zazwyczaj półprzewodnikową diodę laserową) jest wstrzykiwana do włókna wzmacniającego domieszkowanego jonami pierwiastków ziem rzadkich (takich jak iterb Yb⁺, erb Er⁺), jony pierwiastków ziem rzadkich absorbują energię i przechodzą ze stanu podstawowego do wzbudzonego. Gdy liczba jonów w stanie wzbudzonym przekroczy liczbę jonów w stanie podstawowym, powstaje stan inwersji obsadzeń. W tym momencie padający foton wyzwala stymulowane promieniowanie jonu w stanie wzbudzonym, generując nowe fotony o tej samej częstotliwości, fazie i kierunku co padający foton, uzyskując w ten sposób wzmocnienie optyczne.
Podstawową cechą trybu jednomodowegolasery światłowodoweleży w ich niezwykle małej średnicy rdzenia (zwykle 8-14 μm). Zgodnie z teorią optyki falowej, tak cienki rdzeń może pozwolić na stabilną transmisję tylko jednego modu pola elektromagnetycznego (tj. modu podstawowego LP₀₁ lub modu HE₁₁), czyli modu pojedynczego. Eliminuje to problem dyspersji intermodalnej występujący w światłowodach wielomodowych, czyli zjawisko poszerzenia impulsu spowodowane propagacją różnych modów z różnymi prędkościami. Z punktu widzenia charakterystyk transmisji, różnica dróg propagacji światła wzdłuż kierunku osiowego w światłowodach jednomodowych jest niezwykle mała, co sprawia, że wiązka wyjściowa ma idealną spójność przestrzenną i rozkład energii Gaussa, a współczynnik jakości wiązki M² może zbliżać się do 1 (M² = 1 dla idealnej wiązki Gaussa).
Lasery światłowodowe są wybitnymi przedstawicielami trzeciej generacjitechnologia laserowa, które wykorzystują włókna szklane domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkich jako ośrodek wzmocnienia. W ciągu ostatniej dekady lasery światłowodowe jednomodowe zyskały coraz większy udział w globalnym rynku laserów dzięki swoim unikalnym zaletom w zakresie wydajności. W porównaniu z laserami światłowodowymi wielomodowymi lub tradycyjnymi laserami półprzewodnikowymi, lasery światłowodowe jednomodowe mogą generować idealną wiązkę Gaussa o jakości wiązki bliskiej 1, co oznacza, że wiązka może osiągnąć niemal teoretyczny minimalny kąt rozbieżności i minimalną ogniskową. Ta cecha czyni je niezastąpionymi w dziedzinach przetwarzania i pomiarów wymagających wysokiej precyzji i niskiego wpływu termicznego.
Czas publikacji: 19-11-2025