Panoramica dei laser a fibra

1. Definizione e struttura principale:

  · Un laser a fibra è definito come un laser in cui la fibra ottica drogata stessa funge da mezzo di guadagno, distinguendolo dai sistemi in cui il laser è semplicemente accoppiato in una fibra.

  · I componenti principali sono la fibra drogata (comunemente con ioni Yb, Er, Tm) e un risonatore ottico integrato.

2. Tecnologie e vantaggi principali:

  · Metodo di pompaggio: pompato otticamente da diodi laser o altri laser a fibra.

  · Componente chiave: le fibre a doppio rivestimento vengono utilizzate per un accoppiamento efficiente della luce della pompa.

  · Implementazione del risonatore: vari metodi, inclusi specchi terminali, specchi ad anello in fibra e reticoli in fibra di Bragg (FBG).

  · Vantaggi principali: sfruttando le proprietà della guida d'onda delle fibre ottiche, offrono qualità del fascio abbagliante, elevata capacità di potenza in uscita (CW/impulsi), alta efficienza, eccellente gestione termica e design compatto.

3. Lunghezze d'onda operative e applicazioni:

  · Gamma spettrale primaria: copre le regioni dal vicino infrarosso (NIR) al medio infrarosso (MIR).

  · Ampie applicazioni: comunicazioni in fibra ottica, medicina laser (ad es. chirurgia, terapia), LiDAR, raggio laser, che fungono da sorgenti iniziali per laser ad alta potenza e dominano il mercato della lavorazione dei materiali a onda continua ad alta potenza (ad es. taglio, saldatura, produzione additiva).

2. Principali caratteristiche di uscita dei laser

Il processo di amplificazione coerente conferisce alla luce laser un insieme unico di proprietà correlate che ne determinano l'idoneità per varie applicazioni.

1. Lunghezza d'onda:

  · Determinato dalle transizioni del livello di energia del mezzo di guadagno.

  · I laser esistenti coprono un ampio spettro, dall'ultravioletto (UV) all'infrarosso lontano (FIR), compresi sistemi specializzati per i raggi X molli.

  · La flessibilità della lunghezza d'onda tramite tecniche di conversione della frequenza consente la copertura dalle applicazioni a lunghezza d'onda corta (litografia) a quelle a lunghezza d'onda lunga (spettroscopia).

2. Guadagna larghezza di banda:

  · La gamma di lunghezze d'onda (frequenze) su cui il mezzo di guadagno fornisce l'amplificazione.

  · Varia notevolmente: i laser a gas (ad esempio, HeNe) hanno larghezze di banda molto strette (~GHz), mentre i laser a stato solido (ad esempio, Ti:Sapphire) hanno larghezze di banda estremamente ampie (>100 THz).

  · La larghezza di banda praticamente utilizzabile è influenzata anche dalle perdite del sistema e dalla progettazione della cavità.

3. Monocromaticità (larghezza di banda spettrale):

  · Si riferisce alla purezza spettrale o alla larghezza di linea dell'uscita laser.

  · Determinato congiuntamente dalla larghezza di banda del guadagno e dalle proprietà di selezione della modalità del risonatore.

  · La spaziatura modale longitudinale è Δν = c/(2nL). Molteplici modalità longitudinali possono oscillare all'interno della larghezza di banda del guadagno.

  · Ottenimento di un funzionamento in modalità longitudinale singola (elevata monocromaticità): accorciamento della cavità (aumento Δν) o inserimento di elementi selettivi in ​​frequenza intra-cavità (ad esempio, etalon).

  · Fondamentale per applicazioni come il telerilevamento, la spettroscopia e gli standard di frequenza.

4. Profilo spaziale e temporale:

  · Profilo spaziale (modalità trasversale): determinato dalla cavità laser. Il TEM?? la modalità fondamentale (raggio gaussiano) è l'ideale, poiché offre la più piccola divergenza e la migliore focalizzabilità.

  · Profilo temporale:

    · Onda continua (CW): potenza di uscita stabile.

    · Funzionamento a impulsi: l'uscita è un treno di impulsi, caratterizzato dalla larghezza dell'impulso (μs, ns, ps, fs) e dalla velocità di ripetizione (Hz). Essenziale per le applicazioni che richiedono una potenza di picco elevata.

5. Collimazione (bassa divergenza):

  · I raggi laser sono altamente direzionali con una divergenza molto bassa, in particolare il TEM?? modalità.

  · Questa elevata collimazione consente la trasmissione a lunga distanza (ad esempio, sulla Luna) e consente al raggio di essere focalizzato su un punto limitato dalla diffrazione, generando densità di potenza estremamente elevate per microscopia, microlavorazione, ottica non lineare e litografia.

6. Potenza in uscita:

  · Potenza media: fornita direttamente per i laser CW; per i laser pulsati è (Energia dell'impulso × Frequenza di ripetizione).

  · Potenza di picco: di fondamentale importanza per i laser pulsati, pari a (Energia dell'impulso / Durata dell'impulso). Anche con una potenza media moderata, gli impulsi ultracorti possono produrre una potenza di picco estremamente elevata (ad esempio, livelli GW).

  · Il punto di forza dei laser è la concentrazione di elevata potenza/energia in un'area spaziale molto piccola (piccolo punto) e/o in breve tempo (impulso), con conseguente intensità o radianza eccezionale.

7. Coerenza:

  · Deriva dalla natura clonata dei fotoni ad emissione stimolata, che possiedono relazioni di fase fisse.

  · Coerenza temporale: Direttamente correlata alla monocromaticità (larghezza della linea). Una larghezza di riga più stretta implica una lunghezza di coerenza più lunga. Essenziale per l'interferometria e l'olografia.

  · Coerenza spaziale: si riferisce alla relazione di fase tra diversi punti sul fronte d'onda del fascio; i laser di alta qualità mostrano un'elevata coerenza spaziale.

   La produzione e la manutenzione del laser a fibra necessitano di un dispositivo importante: la giuntatrice a fusione per fibra ottica, l'allineamento e la stabilità della giuntatrice a fusione saranno il punto chiave della potenza di uscita e del controllo del calore dei laser a fibra. Shinho offre giuntatrici a fusione della migliore qualità, serie S27 e S37, per aiutare i clienti a ottenere un dispositivo affidabile.