Cấu trúc lõi của laser sợi quang đơn mode

Cấu trúc cốt lõi của mộtlaser sợi quang đơn mode

Hiệu năng vượt trội của chế độ đơnlaser sợi quangĐiều này bắt nguồn từ thiết kế cấu trúc bên trong chính xác của chúng. Sự phối hợp hoạt động hiệu quả giữa tất cả các thành phần là nền tảng để đạt được đầu ra laser ổn định và chất lượng cao.

Ví dụ, một laser 976nm với hiệu suất chuyển đổi điện quang tương đối cao được sử dụng để nạp điện cho sợi quang pha tạp, sau đó một ánh sáng mồi 1064nm có chất lượng chùm tia tốt được sử dụng để dẫn hướng sợi quang pha tạp đã được nạp điện nhằm phát ra laser 1064nm có năng lượng cao hơn. Năng lượng laser 1064nm cần thiết càng cao thì công suất và lượng nguồn bơm càng lớn.

Giải thích chi tiết các thành phần chính

Nguồn bơm là nguồn năng lượng củatia laserthường làlaser bán dẫnĐiốt laser có bước sóng phát xạ trùng với đỉnh hấp thụ của môi trường khuếch đại (ví dụ, sợi quang pha tạp ytterbium tương ứng với bước sóng 915nm hoặc 976nm). Laser đơn mode yêu cầu nguồn sáng bơm cũng phải có độ kết hợp không gian cao. Do đó, các điốt laser ghép sợi quang đơn mode thường được sử dụng để đảm bảo ánh sáng bơm có thể được truyền hiệu quả vào lõi sợi quang đơn mode mỏng.

2. Sợi khuếch đại là môi trường cốt lõi để tạo ra laser và thường là các sợi thủy tinh thạch anh được pha tạp các nguyên tố đất hiếm. Các ion pha tạp phổ biến bao gồm ytterbium (Yb³⁺), erbium (Er³⁺), thulium (Tm³⁺), v.v., tương ứng với các dải bước sóng đầu ra khác nhau (chẳng hạn như 1064nm, 1550nm, 2μm, v.v.). Chiều dài của sợi khuếch đại cần được thiết kế chính xác để đảm bảo hấp thụ hoàn toàn ánh sáng bơm trong khi vẫn duy trì hiệu suất chuyển đổi quang học cao.

3. Hình thức thực hiện phổ biến nhất của khoang cộng hưởng là cặp lưới Bragg sợi quang. Lưới được tạo thành bằng cách chiếu các sợi quang học vào các vân giao thoa laser cực tím, gây ra sự thay đổi định kỳ vĩnh viễn trong chỉ số khúc xạ của vùng lõi của chúng. Bằng cách kiểm soát chu kỳ và chiều dài của lưới, bước sóng trung tâm và băng thông của phản xạ có thể được kiểm soát chính xác. Cấu trúc khoang cộng hưởng hoàn toàn bằng sợi quang này không yêu cầu các thành phần rời rạc như thấu kính quang học, giúp tăng cường đáng kể độ ổn định và khả năng chống nhiễu của hệ thống.

4. Hệ thống hội tụ chùm tia đầu ra thường nằm phía sau lưới nhiễu xạ đầu ra. Chức năng của nó là chuyển đổi tia laser phân kỳ phát ra từ sợi quang thành ánh sáng song song hội tụ hoặc hội tụ thêm lên bề mặt làm việc. Hệ thống này thường bao gồm các thấu kính tự hội tụ hoặc các nhóm thấu kính siêu nhỏ và sử dụng cấu trúc cơ khí chính xác để đảm bảo độ chính xác căn chỉnh. Thiết kế quang học chất lượng cao có thể giảm thiểu hiệu quả các sai lệch và đảm bảo chùm tia đầu ra duy trì phân bố Gaussian tuyệt vời.