Обзор волоконных лазеров

1. Основное определение и структура:

  · Волоконный лазер определяется как лазер, в котором само легированное оптическое волокно действует как усиливающая среда, что отличает его от систем, в которых лазер просто соединен с волокном.

  · Основными компонентами являются легированное волокно (обычно ионами Yb, Er, Tm) и встроенный оптический резонатор.

2. Основные технологии и преимущества:

  · Метод накачки: Оптическая накачка лазерными диодами или другими волоконными лазерами.

  · Ключевой компонент: волокна с двойной оболочкой используются для эффективной передачи света накачки.

  · Реализация резонатора: различные методы, включая торцевые зеркала, оптоволоконные петлевые зеркала и волоконные брэгговские решетки (ВБР).

  · Ключевые преимущества: Благодаря волноводным свойствам оптических волокон они обеспечивают высокое качество луча, высокую выходную мощность (непрерывную/импульсную), высокую эффективность, превосходное управление температурным режимом и компактную конструкцию.

3. Рабочие длины волн и приложения:

  · Первичный спектральный диапазон: охватывает области от ближнего инфракрасного (NIR) до среднего инфракрасного диапазона (MIR).

  · Широкие области применения: волоконно-оптическая связь, лазерная медицина (например, хирургия, терапия), LiDAR, лазерная локация, использование в качестве источников затравки для мощных лазеров и доминирование на рынке обработки материалов с использованием мощных непрерывных волн (например, резка, сварка, аддитивное производство).

2. Ключевые выходные характеристики лазеров.

Процесс когерентного усиления наделяет лазерный свет уникальным набором взаимосвязанных свойств, которые определяют его пригодность для различных применений.

1. Длина волны:

  · Определяется переходами энергетических уровней активной среды.

  · Существующие лазеры охватывают широкий спектр от ультрафиолетового (УФ) до дальнего инфракрасного (FIR), включая специализированные системы для мягкого рентгеновского излучения.

  · Гибкость длины волны благодаря методам преобразования частоты обеспечивает охват как коротковолновых (литография), так и длинноволновых (спектроскопия) приложений.

2. Увеличение пропускной способности:

  · Диапазон длин волн (частот), в котором усиливающая среда обеспечивает усиление.

  · Сильно варьируется: газовые лазеры (например, HeNe) имеют очень узкую полосу пропускания (~ГГц), тогда как твердотельные лазеры (например, Ti:Sapphire) имеют чрезвычайно широкую полосу пропускания (>100 ТГц).

  · На практически используемую полосу пропускания также влияют потери в системе и конструкция резонатора.

3. Монохроматичность (спектральная полоса пропускания):

  · Относится к спектральной чистоте или ширине выходной линии лазера.

  · Определяется совместно шириной полосы усиления и модоселекционными свойствами резонатора.

  · Расстояние между продольными модами составляет Δν = c/(2nL). В пределах полосы усиления могут колебаться несколько продольных мод.

  · Достижение однопродольного режима работы (высокой монохроматичности): укорочение резонатора (увеличение Δν) или введение внутрирезонаторных частотно-селективных элементов (например, эталонов).

  · Решающее значение для таких приложений, как дистанционное зондирование, спектроскопия и стандарты частоты.

4. Пространственный и временной профиль:

  · Пространственный профиль (поперечная мода): определяется резонатором лазера. ТЭМ?? Основная мода (гауссовский луч) идеальна и обеспечивает наименьшую расходимость и лучшую фокусировку.

  · Временной профиль:

    · Непрерывная волна (CW): Стабильная выходная мощность.

    · Импульсный режим: Выходной сигнал представляет собой последовательность импульсов, характеризующуюся длительностью импульса (мкс, нс, пс, фс) и частотой повторения (Гц). Необходим для приложений, требующих высокой пиковой мощности.

5. Коллимация (низкая дивергенция):

  · Лазерные лучи имеют высокую направленность и очень низкую расходимость, особенно TEM?? режим.

  · Такая высокая коллимация обеспечивает передачу на большие расстояния (например, при измерении до Луны) и позволяет сфокусировать луч в пятно с ограниченной дифракцией, генерируя чрезвычайно высокую плотность мощности для микроскопии, микрообработки, нелинейной оптики и литографии.

6. Выходная мощность:

  · Средняя мощность: указана непосредственно для лазеров непрерывного действия; для импульсных лазеров это (энергия импульса × частота повторения).

  · Пиковая мощность: критически важна для импульсных лазеров и равна (Энергия импульса / Длительность импульса). Даже при умеренной средней мощности ультракороткие импульсы могут давать чрезвычайно высокую пиковую мощность (например, на уровне ГВт).

  · Ключевым преимуществом лазеров является концентрация высокой мощности/энергии в очень маленькой пространственной области (маленькое пятно) и/или в течение короткого времени (импульс), что приводит к исключительной интенсивности или излучению.

7. Согласованность:

  · Происходит из клонированной природы фотонов вынужденного излучения, обладающих фиксированными фазовыми соотношениями.

  · Временная когерентность: напрямую связана с монохроматичностью (шириной линии). Более узкая ширина линии подразумевает большую длину когерентности. Необходим для интерферометрии и голографии.

  · Пространственная когерентность: относится к фазовому соотношению между различными точками волнового фронта луча; высококачественные лазеры обладают высокой пространственной когерентностью.

   Производство и обслуживание волоконных лазеров требуют важного устройства - сварочного аппарата для оптоволокна, выравнивание и стабильность сварочного аппарата будут ключевым моментом для контроля выходной мощности и нагрева волоконных лазеров. Shinho предлагает сварочные аппараты высшего качества серий S27 и S37, чтобы помочь клиентам получить надежное устройство.