Талшықты лазер дегеніміз не?

Анықтама: күшейту ортасы ретінде легирленген талшықты пайдаланатын лазер немесе лазерлік резонаторы негізінен талшықтан тұратын лазер.

Талшықты лазерлер әдетте күшейту ортасы ретінде талшықты пайдаланатын лазерлерге сілтеме жасайды, дегенмен жартылай өткізгіш күшейткіш медианы (жартылай өткізгішті оптикалық күшейткіштер) және талшықты резонаторларды пайдаланатын кейбір лазерлерді талшықты лазерлер (немесе жартылай өткізгішті оптикалық лазерлер) деп те атауға болады. Сонымен қатар, лазерлердің кейбір басқа түрлері (мысалы, талшықты жартылай өткізгіш диодтар) және талшықты күшейткіштер талшықты лазерлер (немесе талшықты лазерлік жүйелер) деп те аталады.

Көп жағдайда күшейту ортасы эрбий (Er3+), итербий (Yb3+), торий (Tm3+) немесе празеодим (Pr3+) сияқты сирек жер иондары бар талшық болып табылады және бір немесе бірнеше талшықпен байланысқан лазерлік диодтар қажет. сору үшін. Талшықты лазерлердің күшейту ортасы қатты күйдегі көлемді лазерлерге ұқсас болғанымен, толқын бағыттаушы әсері және шағын тиімді режим аймағы әртүрлі қасиеттері бар лазерлерге әкеледі. Мысалы, оларда әдетте жоғары лазерлік күшейту және жоғары резонаторлық қуысты жоғалтулар болады. Талшықты лазер және көлемді лазер жазбаларын қараңыз.

1-сурет

Талшықты лазерлік резонатор

Оптикалық талшықты пайдаланып лазерлік резонаторды алу үшін сызықтық резонаторды қалыптастыру үшін немесе талшықты сақина лазерін жасау үшін бірнеше шағылыстырғыштарды пайдалануға болады. Сызықтық оптикалық лазерлік резонаторда әр түрлі рефлекторларды қолдануға болады:

2-сурет

1. Зертханалық қондырғыларда, 1-суретте көрсетілгендей, перпендикуляр бөлінген талшықтардың ұштарында кәдімгі дихрионды айналар қолданылуы мүмкін. Дегенмен, бұл ерітіндіні ауқымды өндірісте қолдануға болмайды және берік емес.

2. Жалаңаш талшықтың соңындағы Френель шағылысы талшықты лазер үшін шығыс қосқыш ретінде қызмет ету үшін жеткілікті. 2-суретте мысал келтірілген.

3. Сондай-ақ диэлектрлік жабындар тікелей талшық ұштарында, әдетте булану арқылы тұндырылуы мүмкін. Мұндай жабындар кең ауқымда жоғары шағылыстыруға қол жеткізе алады.

4. Коммерциялық өнімдерде әдетте легирленген талшықтардан тікелей немесе қосылмаған талшықтарды белсенді талшықтарға қосу арқылы дайындалатын талшықты Bragg торлары қолданылады. 3-суретте екі талшық торы бар бөлінген Брегг шағылыстырғыш лазері (DBR лазері) көрсетілген. Сондай-ақ легирленген талшықта торы бар және олардың арасында фазалық ығысуы бар таратылған кері байланыс лазері бар.

5. Егер талшықтан шыққан жарық линза арқылы коллимацияланса және дихрикалық айна арқылы кері шағылса, қуатты жақсырақ өңдеуге қол жеткізуге болады. Айнадан түсетін жарық сәуленің үлкен ауданына байланысты айтарлықтай төмендетілген қарқындылыққа ие болады. Дегенмен, шамалы сәйкессіздіктер шағылысудың елеулі жоғалуына әкелуі мүмкін және талшықтың соңғы қырларындағы қосымша Френель шағылыстары сүзгі әсерлерін тудыруы мүмкін. Соңғысын бұрыштық кесілген талшық ұштарын пайдалану арқылы басуға болады, бірақ бұл толқын ұзындығына байланысты жоғалтуларды енгізеді.

6. Сондай-ақ талшықты қосқыш пен пассивті талшықтарды пайдаланып оптикалық контурлы шағылыстырғышты қалыптастыруға болады.

Көптеген оптикалық лазерлер бір немесе бірнеше талшықпен байланысқан жартылай өткізгіш лазерлермен сорылады. Сорғы жарығы тікелей талшық өзегіне немесе жоғары қуатпен сорғының қаптамасына қосылады (екі қабатты талшықтарды қараңыз), олар төменде егжей-тегжейлі талқыланады.

Талшықты лазерлердің көптеген түрлері бар, олардың кейбіреулері төменде сипатталған.

Талшықты лазерлердің көптеген түрлері бар, олардың кейбіреулері төменде сипатталған.

Жоғары қуатты талшықты лазерлер

Бастапқыда талшықты лазерлер тек бірнеше милливатт шығу қуатына қол жеткізе алды. Бүгінгі күні жоғары қуатты талшықты лазерлер бір режимді талшықтардан бірнеше жүз ватт, кейде тіпті бірнеше киловатт шығу қуатына қол жеткізе алады. Бұған термо-оптикалық әсерлерден аулақ болатын арақатынас пен толқындық әсерлерді арттыру арқылы қол жеткізіледі.

Қосымша мәліметтер алу үшін жоғары қуатты талшықты лазерлер мен күшейткіштер жазбасын қараңыз.

Жоғары түрлендіру талшықты лазерлер

Талшықты лазерлер әдетте салыстырмалы түрде сирек лазерлік ауысуларда жұмыс істейтін және өте жоғары сорғы қарқындылығын қажет ететін конверсиялық лазерлерді жүзеге асыру үшін әсіресе қолайлы. Талшықты лазерлерде жоғары сорғы қарқындылығын ұзақ қашықтықтарда сақтауға болады, осылайша алынған күшейту тиімділігі өте төмен кірісі бар ауысулар үшін оңай қол жеткізіледі.

Көп жағдайда кремнеземді талшықтар жоғары түрлендіру талшықты лазерлері үшін жарамайды, өйткені жоғары түрлендіру механизмі электронды энергия деңгейінде ұзақ аралық күйдің қызмет ету мерзімін талап етеді, әдетте жоғары фонондық энергияға байланысты кремний талшықтарында өте аз болады (мультифотонды өтулерді қараңыз). Сондықтан, әдетте, фонондық энергиясы төмен ZBLAN (фторцирконат) сияқты кейбір ауыр металдардың фторидті талшықтары қолданылады.

Ең жиі қолданылатын жоғары конверсиялық талшықты лазерлер көк жарық үшін торий қосылған талшықтар, қызыл, қызғылт сары, жасыл немесе көк жарық үшін празеодим қосылған лазерлер (кейде итербиймен) және триод үшін эрбий қосылған лазерлер.

Тар сызықты ені бар талшықты лазерлер

Талшықты лазерлер өте тар сызық ені бірнеше килогерц немесе тіпті 1 кГц-тен аз болатын бір бойлық режимде ғана жұмыс істей алады (бір жиілікті лазерді, бір режимді жұмысты қараңыз). Ұзақ мерзімді тұрақты бір жиілікті жұмыс үшін және температураның тұрақтылығын ескергеннен кейін қосымша талаптарсыз лазерлік қуыс қысқа болуы керек (мысалы, 5 см), бірақ қуыс неғұрлым ұзағырақ болса, фазалық шу соғұрлым аз және соғұрлым тар болады. сызық ені. Талшық ұшында қуыс режимін таңдау үшін тар жолақты талшықты Bragg торы бар (таратылған Bragg рефлекторлық лазерін, DBR талшықты лазерін қараңыз). Шығу қуаты әдетте бірнеше милливатттан ондаған милливатқа дейін ауытқиды және шығыс қуаты 1 Вт-қа дейінгі бір жиілікті талшықты лазерлер де қол жетімді.

Төтенше түрі - таратылған кері байланыс лазері (DFB лазері), онда бүкіл лазер қуысы араларында фазалық ығысу бар талшықты Bragg торының ішінде болады. Мұнда қуыс салыстырмалы түрде қысқа, бұл шығыс қуаты мен желінің енін құрбан етеді, бірақ бір жиілікті жұмыс өте тұрақты.

Талшықты күшейткіштерді жоғары қуаттарды одан әрі күшейту үшін де пайдалануға болады.

Q коммутаторлы талшықты лазерлер

Талшықты лазерлер әртүрлі белсенді немесе пассивті Q қосқыштарын пайдалана отырып, ұзындығы ондаған және жүздеген наносекундтарға дейінгі импульстарды жасай алады. Бірнеше миллиджоульдік импульстік энергияға үлкен режим аймағы талшықтарымен қол жеткізуге болады, ал төтенше жағдайларда қанықтыру энергиясымен (тіпті үлкен режим аймағының талшықтарында) және зақымдану шегімен (қысқа импульстар үшін айқынырақ) шектелген ондаған миллиджоульге жетуі мүмкін. Барлық талшықты құрылғылар (бос кеңістіктік оптикадан басқа) импульстік энергиямен шектелген, өйткені олар әдетте үлкен режим аймағының талшықтарын және тиімді Q коммутациясын жүзеге асыра алмайды.

Лазердің жоғары күшеюіне байланысты талшықты лазерлердегі Q-қосқышы көлемді лазерлердегіден айтарлықтай ерекшеленеді және күрделірек. Уақыт доменінде әдетте бірнеше тітіркенулер болады, сонымен қатар ұзындығы резонатордың айналу уақытынан аз Q-қосқыш импульстарды шығаруға болады.

Режимді құлыптаған талшықты лазерлер пикосекундтық немесе фемтосекундтық импульстарды шығару үшін күрделірек резонаторларды (ультра ұштық талшықты лазерлер) пайдаланады. Мұнда лазерлік резонатор белсенді модуляторды немесе кейбір қаныққан абсорберлерді қамтиды. Қаныққан абсорберлерді сызықты емес поляризациялық айналу эффектілері немесе сызықты емес талшық ілмек айнасын пайдалану арқылы жүзеге асыруға болады. Сызықты емес контурлы айналар, мысалы, 8-суреттегі «сегіздік лазерде» пайдаланылуы мүмкін, оның сол жағында негізгі резонатор және айналмалы ультра қысқа импульстарды күшейту, пішіндеу және тұрақтандыру үшін сызықты емес талшықты сақина бар. Әсіресе гармоникалық режимді құлыптауда қосымша құрылғылар қажет, мысалы, оптикалық сүзгілер ретінде пайдаланылатын ішкі қуыстар.