Tema de cercetare

Fiber Laser – Principii fundamentale de functionare

DEFINIȚIA LASER FIBRĂ:

Laserele cu fibră sunt o subcategorie de lasere cu stare solidă pompate cu diode care utilizează un miez de fibră optică dopată ca mediu de amplificare.
Acestea conțin o bobină de cablu de fibră optică care are un miez care a fost dopat cu o varietate de elemente de pământuri rare din familia lantanidelor din tabelul periodic. Elemente precum itterbiul și erbiul sunt utilizate în mod obișnuit. Elementul de dopaj cu fibre este selectat și dopat în miezul de fibră de sticlă ultra-pură pentru a obține lungimea de undă de laser și/sau nivelul de putere dorit. continua "

Diagrama laser cu fibre

Pentru a face ca fibra optică dopată să acționeze ca un mediu de amplificare, mai multe diode laser semiconductoare în intervalul de lungimi de undă de la 915 nm la 980 nm sunt cuplate (matisate) în bobina de fibră dopată. Lumina laser emisă de diodele laser ale pompei excită ionii de pământ rari încorporați în miezul fibrei dopate din starea lor fundamentală pentru a produce niveluri ridicate de excitație. Această excitare produce în cele din urmă lumina laser. Această lumină rezonează între rețele Bragg care sunt plasate la fiecare capăt al fibrei. Lumina este amplificată pe măsură ce rezonează între aceste rețele. Unul dintre rețele are o reflectivitate mai mică decât celălalt, ceea ce permite luminii laser care a fost creată în cavitate (mediul de amplificare) să iasă din fibră. Fasciculul rezultat se propagă printr-o fibră de mare putere și în afara laserului cu fibră.

PRINCIPII DE PROIECTARE LASER FIBRĂ:

Elemente fundamentale ale opticii

Înainte de a intra în detalii despre modul în care laserele cu fibră își creează și emit lumina, poate fi util să revizuim câteva principii cheie ale opticii și câteva dintre elementele fundamentale de proiectare ale laserelor.

Legea lui Snell

Deoarece este unul dintre principiile de bază care stau la baza modului în care cablurile de fibră optică și laserele interacționează, Legea lui Snell este un concept fundamental de înțeles pentru a învăța cum funcționează un laser cu fibră. Este formula care definește modul în care lumina se îndoaie sau se refractă atunci când trece printr-o graniță între două materiale transparente diferite. În contextul laserelor cu fibră, legea lui Snell joacă un rol important în modelarea modului în care o sursă laser va intra într-o fibră optică și apoi va călători în josul fibrei. Mai precis, descrie modul în care o sursă laser intră și parcurge mai multe fibre care sunt înfășurate una în jurul celeilalte într-o manieră adiacentă. După cum sa menționat mai sus, dopanții sunt adăugați la sticla ultra-pură care alcătuiește miezul fibrei optice într-un laser cu fibră. Într-o configurație de bază, miezul fibrei va fi dopat și stratul (straturile) adiacent(e) de sticlă nu va fi dopat. Dopantul, cum ar fi itterbiul, va modifica indicele de refracție. În funcție de indicii de refracție ai celor două materiale diferite, cum ar fi sticla dopată și nedopată, lumina se va îndoi la unghiuri specifice. Aceste unghiuri pot fi determinate prin aplicarea legii lui Snell. Aceste unghiuri sunt măsurate în raport cu o dreaptă normală care este perpendiculară pe graniță. Acest videoclip oferă o imagine de ansamblu bună a Legii lui Snell, așa cum se aplică cablului de fibră optică: Aceste unghiuri sunt măsurate în raport cu o dreaptă normală care este perpendiculară pe graniță. Acest videoclip oferă o imagine de ansamblu bună a Legii lui Snell, așa cum se aplică cablului de fibră optică: Aceste unghiuri sunt măsurate în raport cu o dreaptă normală care este perpendiculară pe graniță.

Acest videoclip oferă o imagine de ansamblu bună a Legii lui Snell, așa cum se aplică cablului de fibră optică: https://www.youtube.com/watch?v=pTakwkDtBDw&t=91s

Structura fibrei într-un laser cu fibră

Un laser cu fibră este un tip de laser cu stare solidă care utilizează o fibră optică ca mediu de câștig. Miezul din centrul fibrei este dopat cu un element de pământ rar, Yb (itterbiu), și are cel mai mare indice de refracție. O lumină laser de 1,1 μm și o lumină Pompă se propagă în acest miez central dopat cu Yb. Lumina pompei se propagă și în placa interioară din jurul miezului. Placarea interioară este înconjurată de placarea exterioară; aceasta se numește o fibră dublă din cauza celor două straturi de placare.

Indicele de refracție

indicele de refracție al unei fibre este o unitate adimensională care este utilizată pentru a reprezenta cât de mult se îndoaie calea fasciculului laser atunci când intră într-un material. Miezul și placarea fibrelor utilizate într-un laser cu fibră sunt realizate din sticlă ultrapură. Miezul fibrei este proiectat și fabricat pentru a avea un indice de refracție mai mare decât placarea. Producătorul de laser cu fibră adaugă dopanți în miezul de sticlă ultra-pură pentru a modifica indicele de refracție. Schimbarea deliberată a indicelui de refracție la intervale de-a lungul lungimii fibrei face ca fibra să reflecte fasciculul laser care călătorește prin fibră într-un mod similar cu o oglindă. Prin modificarea indicelui de refracție la anumite intervale, cantitatea de reflexie pentru o anumită lungime de undă poate fi controlată.

Propagarea fasciculului laser într-o fibră dublă

Figura prezintă structura unei fibre cu două învelișuri și profilul intensității luminii de propagare a fasciculului. Lumina pompată de la diodă se propagă prin miezul central dopat cu Yb și prin placarea interioară, dar este limitată în miez prin reflexia internă totală (*Notă) la limita dintre placarea exterioară și miezul exterior. Lumina laser se propagă în miezul central dopat cu Yb datorită reflexiei interne totale la limita stratului interioar și a miezului central. Pe măsură ce lumina pompei se propagă prin miezul central dopat cu Yb, ionii Yb sunt excitați.

*Notă: Reflexia internă totală este un fenomen care apare atunci când lumina incidentă este reflectată total intern la o limită medie, fără a trece prin aceasta.

Diafragma numerică

Definiția diafragmei numerice (NA) variază ușor între utilizarea sa în aplicațiile laser cu fibră cuplată și alte domenii ale opticii. Aplicații precum microscopia și fotografia au o definiție ușor diferită a NA. În laserele cu fibră, NA este un număr fără unități care este folosit pentru a cuantifica unghiurile pe care le poate avea fasciculul laser (incident cu fibra) în timp ce se deplasează prin fibră. Este sinusul celui mai mare unghi al unei raze incidente în raport cu axa fibrei. NA este calculată în mod obișnuit folosind indicii de refracție ai miezului și ai învelișului. Este asociat cu sursa de pompare a diodei laser cuplate cu fibre care este cuplată în fibra din laserul cu fibră. Este important deoarece definește capacitatea fibrei de a aduna lumină. Și oferă, de asemenea, o modalitate de a defini cât de ușor sau cât de dificil va fi cuplarea laserului sursei pompei în fibră. O modalitate de bază de a înțelege valoarea NA este de a înțelege că o fibră cu o deschidere numerică mare va ghida fasciculul mai eficient și va suporta mai multe moduri. O definiție detaliată și o modelare matematică a deschiderii numerice pot fi găsite înManualul laserelor cu stare solidă » . Această resursă este bine scrisă și mai ușor de înțeles decât majoritatea cărților de text.

Fundamentele laserului:

Pornind de la un nivel de bază, atunci când energie este aplicată unui atom sub formă de lumină, electronii care orbitează în jurul nucleului atomului absorb energia luminii și devin excitați. În cazul unui laser cu fibră, cel mai comun atom folosit ca sursă a acestei excitații este un atom de iterbiu (Yb). Atomii Yb sunt încorporați (dopați) în miezul fibrei într-un laser cu fibră. Această excitare a electronilor atomului de itterbiu îi obligă să-și schimbe nivelul de energie de la starea lor inițială de echilibru la o stare nouă, mai mare de energie. Pentru laserele cu fibră dopate cu Yb, sursa de energie este de obicei o sursă de pompă laser cu diodă de 976 nanometri. Atomii Yb absorb foarte eficient lungimea de undă de 976 nm, motiv pentru care Yb este atât de frecvent utilizat ca agent de dopaj. Când sursa de energie este îndepărtată, electronii vor reveni la starea lor fundamentală. Când revin la starea lor fundamentală, legea conservării energiei este pusă în aplicare și electronii excitați trebuie să elibereze energia pe care au câștigat-o. Această energie este eliberată sub forma unui foton. Acest foton nou creat va avea o frecvență vibrațională și o lungime de undă care depinde de nivelul de energie la care a fost eliberat fotonul. În cazul laserelor cu fibră, producătorii își proiectează de obicei laserele astfel încât să emită o lungime de undă de 1064 nm sau 1030 nm:

Informații de bază

Emisia de fotoni într-un laser cu fibră

După ce au stabilit elementele de bază ale modului în care este creat un foton în secțiunea de mai sus, există cinci principii de proiectare descrise pe scurt mai jos, care vor oferi cititorului o înțelegere de bază a modului în care funcționează toate laserele:

·                     Emisia spontană

·                     Emisie stimulata

·                     Emisia susținută stimulată

·                     Inversarea populației

·                     Amplificare

În primul rând, o reîmprospătare rapidă a relațiilor dintre frecvență, energie și lungime de undă:

Energie și Frecvență: E2 - E1 = hv

·                     E este Energia, măsurată în Jouli

·                     h este constanta lui Planck, măsurată în Joule-secundă

·                     v este Frecvența, măsurată în trepte de 1/secundă

Lungimea de undă și frecvența: λ = c/v

·                     λ este lungimea de undă măsurată în metri

·                     c este viteza luminii în mediul laser activ, măsurată în metri/secundă

Emisia spontană

Emisia spontană are loc atunci când electronii sunt excitați până la un punct încât își schimbă starea energetică și eliberează fotoni. Acest lucru este explicat mai detaliat în paragraful de mai sus. Emisia stimulată are loc atunci când un electron excitat se află într-o stare de energie mai mare. Un alt foton la un nivel de energie egal cu diferența dintre nivelul său actual și nivelul de energie inferior poate face ca primul electron să revină la starea sa fundamentală. Acest lucru determină eliberarea unui al doilea foton de energie și frecvență egale. Pe lângă laserele cu fibră, așa funcționează toate laserele. Toți fotonii care sunt eliberați sunt sincronizați efectiv și funcționează la aceeași lungime de undă, fază și direcție. Emisia susținută stimulată înseamnă că există destui electroni care eliberează fotoni pentru a menține o stare de emisie stimulată continuă.

În plus față de principiile descrise mai sus, sunt importante principiile inversării și amplificării populației.

Inversarea populației

Inversarea populației se referă la populația sau numărul total de electroni și la schimbarea stării energetice respective. Electronii sunt implicit într-o stare fundamentală. Pentru a produce lumina laser cu fibră, acestea trebuie să fie inversate față de starea lor fundamentală. Pentru a menține o stare de emisie stimulată cât mai eficient posibil, trebuie să fie mai mulți electroni în stări de energie mai ridicată decât la nivelul solului. Cu cât nivelul de energie al electronului este mai mare, cu atât este mai mare gradul de inversare a populației și cu atât este mai mare șansa de emisie amplificată. Sursa de energie care este furnizată pentru excitarea electronilor și pentru a crea inversarea populației într-un laser cu fibră provine dintr-o diodă laser cu semiconductor. Acest proces de transfer de energie este denumit pompare optică.

amplificarea cu laser

Amplificarea cu laser , apare atunci când inversarea populației și emisia stimulată sunt ambele prezente într-un laser cu fibră. Când se realizează inversiunea populației, înseamnă că rata de emisie stimulată o depășește pe cea a absorbției. Acest lucru se întâmplă atunci când există mai mulți electroni într-o stare de energie excitată și mai mulți fotoni sunt eliberați de la fiecare foton incident. Într-un laser cu fibră, acest lucru se realizează prin încapsularea mișcării electronilor într-o cavitate optică care este alcătuită din fibre dopate cu pământuri rare. Fibra dopată este cunoscută și ca mediu de câștig sau de amplificare.

CUM FUNcționează LASERUL DE FIBRĂ:

După ce am analizat elementele fundamentale ale opticii și laserului din secțiunile de mai sus, acum putem aplica aceste elemente fundamentale categoriei laser cu fibră pentru a înțelege cum funcționează. Laserele cu fibră utilizează un miez de fibră dopată ca mediu de amplificare. Pentru ca fibra dopată să acționeze ca mediu de amplificare, mai multe diode laser semiconductoare sunt îmbinate în bobina fibrei dopate. Aceste diode laser sunt denumite pompe. Pompele sunt de obicei în intervalul 915nm până la 980nm și pot furniza de la 500 de miliwați până la aproximativ 600 de wați de putere optică per diodă laser. De obicei, există mai multe diode laser cu pompă îmbinate în fibră.

Lumina de la diodele laser pompei trece printr-un combinator de pompă care este îmbinat în fibra „activă” pentru a excita elementul activ din miezul fibrei. În acest context, „activ” se referă la miezul fibrei dopate cu itterbiu, iar „pasiv” se referă la secțiunile de fibre nedopate. Lumina laser emisă de laserele pompei excită electronii atomilor de iterbiu încorporați în miezul fibrei dopate de la starea lor fundamentală la o stare de energie crescută. Aceasta produce nivelurile de excitație care conduc la starea de emisie spontană descrisă mai sus. Electronii sunt pompați pentru a atinge un nivel de energie corespunzător lungimii de undă a luminii pompei. Prin proiectare, acestea sunt apoi coborâte la o stare metastabilă inferioară. În cazul unei fibre dopate cu iterbiu, un foton la 976 nm care este absorbit de atomul de iterbiu forțează electronii din jurul nucleului atomic al atomului Yb să se deplaseze către orbiti superiori. Acest lucru se întâmplă deoarece electronii au absorbit energia de pompare de 976 nm.

După trecerea la un orbital de energie mai mare, electronii excitați vor cădea la starea lor fundamentală inițială și vor emite un foton la o lungime de undă de 1064 nm. Această scădere are loc pe o scară de timp foarte scurtă de mai puțin de o milisecundă. Relația dintre lungimea de undă a laserului pompei de 976 nm și ieșirea laserului cu fibră de 1064 nm este moștenită elementului iterbiu. Se pot genera și alte lungimi de undă. Această publicație a Institutului Național de Sănătate descrie un laser cu fibră dopată cu itterbiu de 1018 nm”.Dacă intensitatea luminii pompei de 976 nm este suficient de mare, numărul de electroni în starea metastabilă depășește numărul de electroni care rămân în starea fundamentală. Această stare reprezintă atât principiul emisiei stimulate, cât și principiul inversării populației. Trecerea electronilor înapoi la starea fundamentală determină emisia de lumină cu o lungime de undă corespunzătoare diferenței de energie. În acest caz, un foton la lungimea de undă de 1064 nm.

Pentru a finaliza procesul de creare a luminii într-un laser cu fibră, bobina de fibră este legată de rețele Bragg de fibre la fiecare capăt. Grilajele sunt descrise mai detaliat mai jos. Ele sunt în esență oglinzi care creează un rezonator de mare putere atunci când sunt plasate la ambele capete ale fibrei dopate. Lumina cu lungime de undă mai mare (ieșirea de 1064 nm) rezonează între aceste rețele. Rețelele reflectă lumina la un unghi determinat de geometria suprafeței reflectorizante. Pe măsură ce lumina este răsturnată înainte și înapoi între cele două grătare, ea este amplificată cu fiecare trecere. Rețeaua de ieșire a laserului cu fibră este parțial transparentă, permițând luminii laser cu lungime de undă mai mare care a fost creată să iasă din fibră.

Bobina de fibră dopată poate avea o lungime de la câțiva metri până la kilometri. Acest lucru le permite să aibă o gamă foarte largă de putere de ieșire și le face capabile să atingă niveluri foarte mari de putere de ieșire.

Am oferit un rezumat rapid al modului în care funcționează un laser cu fibră și principiile care stau la baza laserului și optică. Pentru a obține o înțelegere mai aprofundată, acest videoclip de la Nufern face o treabă excelentă explicând componentele și procesele de bază:

Cum funcționează un laser cu fibră de Nufern

COMPONENTE LASER FIBRĂ:

Componente cheie utilizate în laserele cu fibră

Fibră optică dopată

O fibră optică este un fir cilindric de silice-sticlă foarte pură. Funcția lor este de a ghida un fascicul laser prin reflectarea internă a luminii laser pe măsură ce se deplasează pe fibră. Sunt fabricate în lungimi de câțiva metri până la kilometri. Capacitatea de a produce fibre în lungimi foarte mari este unul dintre factorii cheie care au permis laserului cu fibră să înlocuiască majoritatea tehnologiilor laser concurente de mare putere. Deoarece fibrele optice oferă o suprafață foarte mare în raport cu volumul de lumină laser care călătorește prin ele, ele oferă o îndepărtare excelentă a căldurii. Acest lucru face ca fibra optică cilindrică să fie un mediu foarte bun pentru a susține niveluri mari de putere optică. Pe lângă fibra cilindrică, noi cercetări privind dezvoltarea fibrei panglici pentru a permite niveluri de putere mult mai mari »se face la Lawrence Livermore National Labs.

Silice-sticlă cilindrică utilizată în laserele cu fibre variază în lățime de la câțiva micrometri (lățimea unui păr uman) până la sute de micrometri. După cum sa menționat în introducere, producătorii folosesc ioni de pământuri rare ca agenți aditivi pentru a modifica proprietățile optice ale fibrei de sticlă. Acest lucru se numește dopajul unei fibre. Dopajul unei fibre modifică indicele de refracție al sticlei. A dopa o fibră înseamnă a introduce o urmă de element de pământ rar în fibra de silice-sticlă. Elementele pământurilor rare cele mai frecvent utilizate sunt iterbiul, erbiul sau tuliul. Dintre aceste trei elemente, cel mai frecvent utilizat este iterbiul. Un rezumat bun al amplificării fibrelor dopate cu erbiu poate fi găsit în acest articol de fizică al Universității Lehigh » .

Este nevoie de o cantitate foarte mică de dopant cu elemente de pământuri rare pentru a produce proprietățile laser dorite. Ionii de pământuri rare sunt aleși pentru a produce lungimea de undă dorită. Corning, Nufern și OFS Optics au fost din istorie lideri în producția de fibre optice dopate.

Fibră dublă

Tipul de fibră cel mai frecvent utilizat în laserele cu fibră de mare putere este fibra cu două acoperiri. Fibra cu două învelișuri are un miez care este dopat cu dopanții de pământuri rare descriși mai sus. O fibră standard monomod oferă caracteristicile de calitate ale fasciculului pe care le dorește producătorul de laser cu fibră. Dar un miez standard de fibră cu un singur mod necesită utilizarea de diode laser cu pompă unică. Diametrul miezului cu un singur mod este menținut suficient de mic pentru a permite oscilația laser cu un singur mod, care va produce o ieșire a fasciculului de înaltă calitate. Cu toate acestea, pompele 9XXnm cu un singur mod care ar trebui utilizate ca surse de pompă nu oferă suficientă putere pentru a atinge nivelurile dorite de putere de ieșire. Sunt, de asemenea, foarte scumpe. Fibrele cu înveliș dublu rezolvă această problemă având un miez monomod dopat cu două straturi de placare în jurul miezului. Miezul are cel mai mare indice de refracție. Stratul interior de placare care înconjoară miezul este pompat de diode laser cu pompe multimode de mare putere și costuri relativ reduse. Placa interioară poate accepta cantități mari de lumină din pompă de la mai multe surse de pompă cuplate în stratul de placare interior. Placa exterioară este proiectată să aibă un indice de refracție mai mic decât placarea interioară sau miezul. Abordarea cu dublu placare oferă un compromis bun între putere mare și calitatea fasciculului ridicat.

Fibră de yterrbiu (Yb).

Iterbiul este cel mai comun element de pământ rar folosit pentru doparea fibrelor în laserele cu fibră. Atomul de iterbiu oferă o absorbție foarte bună a luminii în intervalul de diode laser cu pompă de la 900 nm la 1100 nm. Această gamă de pompe oferă, de asemenea, cea mai economică și cea mai mare putere surse de pompare disponibile comercial. Itterbiul oferă, de asemenea, fluorescența care provoacă oscilația laserului și ieșirea în intervalul 1000nm până la 1100nm. Acest interval de lungimi de undă este de obicei bine absorbit de majoritatea metalelor. Prin urmare, Yb este tipul principal de fibră dopată utilizată pentru laserele cu fibră utilizate în prelucrarea metalelor. Prelucrarea metalelor este cel mai mare segment de aplicații pentru laserele cu fibră.

Pompă cu diode laser

Diodele laser sunt dispozitive semiconductoare compacte eficiente care convertesc energia electrică în lumină laser. O prezentare tehnică a diodelor laser poate fi găsită în acest articol: „O introducere tehnică la diodele laser” »Aceste dispozitive sunt folosite pentru a „pompa” fibra dopată datorită luminozității și caracteristicilor spectrale. Razele laser emise de sursele pompei cu diode laser excită ionii de pământuri rare care sunt încorporați în fibra dopată. Această excitație produce niveluri de câștig proporționale ridicate. Agentul de dopaj, cum ar fi Yb, este ales în parte datorită capacității sale de a absorbi lumina de la aceste lasere cu pompă. Laserele cu diodă reprezintă surse excelente de excitație din mai multe motive tehnice și comerciale. În primul rând, sunt foarte compacte. Sunt construite pe un singur cip semiconductor care conține tot ceea ce este necesar pentru un laser. Acestea au aproximativ 40 mm x 40 mm și pot fi introduse cu ușurință în sistemul laser cu fibră. În al doilea rând, oferă o rată de eficiență relativ ridicată. Rata lor de conversie de la energia electrică la energia optică de ieșire este de aproximativ 50%. Ele oferă excitație directă cu niveluri scăzute de curent, astfel încât circuitele convenționale bazate pe tranzistori să poată alimenta laserul cu diodă. Acest lucru le permite să fie conduse cu o putere electrică mai mică decât alte tehnologii laser.

Tipurile principale de laser cu diodă utilizate cu laser cu fibră sunt sursele de pompă de 915nm ~ 980nm și sursele de semințe de 1060nm. Sursele de semințe de 1060 nm sunt folosite ca sursă de declanșare în laserele cu fibră cu pulsații ultra-rapide. În timp ce în urmă cu peste 10 ani, multe dintre sursele de pompă de fibră erau dispozitive cu un singur emițător (cip cu o singură diodă laser), emițătoarele multiple de generație următoare au devenit sursa dominantă. Multi-emițătorii se bazează pe principiul combinării mai multor cipuri de diode laser în serie într-un singur pachet. Acestea combină deschiderile multiple ale cipurilor laser și folosesc micro-optica pentru a focaliza fasciculul rezultat în fibra optică. Oferă niveluri de putere de pompare în intervalul 100W până la 300W, de la un diametru de 105µm, fibră 0,22NA.

Combinatoare cu pompe cu laser

Combinatoarele de fascicule din laserele cu fibră sunt proiectate pentru a crește suplimentar puterea de ieșire a surselor de pompă care sunt utilizate pentru a excita ionii dopați. Sunt componente pasive pe bază de fibre. De exemplu, mai multe diode laser cu un singur emițător multimod de 976 nm pot fi combinate pentru a pompa un laser cu fibră dopată Yb de 120 de wați. Patru dintre pompele de 976 nm sunt îmbinate într-un combinator pasiv de 4 (intrare) x 1 (ieșire). Cinci dintre aceste combinatoare 4 x 1 pot fi folosite pentru a combina puterea de la 20 de diode laser. Puterea de ieșire de la fiecare dintre combinatoare este de aproximativ 36 de wați fiecare, producând aproximativ 180 de wați de putere de pompare. Acest nivel de putere de pompare va produce o putere de ieșire laser cu fibră > 120 de wați la 1064 nm. Nivelurile de eficiență ale puterii pompei la puterea de ieșire a laserului cu fibră de > 65% sunt comune. Pentru mai multe informații, acest articol pe fascicul de mare putere care combină lasere cu fibră dopate Yb » poate fi o referință utilă. .

Pump Laser Combiner, Laser Solution Technology, Gwangju, Coreea de Sud

Grătare din fibre Bragg

Un grătar Bragg de fibre (FBG) este un tip de reflector Bragg distribuit care este construit într-un segment scurt de fibră optică. Un FBG este folosit ca filtru de lungime de undă în linie pentru a bloca anumite lungimi de undă sau este folosit ca reflector specific lungimii de undă. Un grătar Bragg este pur și simplu o secțiune de sticlă dintr-o fibră care are dungi gravate în sticlă. În ceea ce privește laserele cu fibre, FBG-urile sunt folosite pentru a crea o cavitate în fibra dopată care prinde atomii de itterbiu sau erbiu și îi menține în miezul fibrei. Rețelele Bragg sunt folosite în laserele cu fibre ca reflector de lungime de undă. La un nivel foarte de bază, un laser cu fibră funcționează prin reflectarea luminii prin cavitatea optică formată de rețea într-un mod care forțează fotonii să stimuleze atomii de iterbiu dopați în fibră. Pe ambele părți ale fibrei „active” dopate cu Yb, Sunt plasate rețele Bragg din fibre care acționează ca oglinzi reflectând lumina lungimii de undă dorite înainte și înapoi. Oglinzile constituie un rezonator laser. Lungimea de undă dorită a luminii este reflectată selectiv de rețea. Aceasta produce emisia indusă în rezonator. Această lumină indusă se propagă apoi în rezonator și este reflectată de ambele FBG pentru a stimula emisia indusă în continuare. Repetarea emisiei induse are ca rezultat oscilația laserului și în cele din urmă lumina laser este emisă de portul de ieșire care are rețeaua de reflectivitate mai mică. Această lumină indusă se propagă apoi în rezonator și este reflectată de ambele FBG pentru a stimula emisia indusă în continuare. Repetarea emisiei induse are ca rezultat oscilația laserului și în cele din urmă lumina laser este emisă de portul de ieșire care are rețeaua de reflectivitate mai mică. Această lumină indusă se propagă apoi în rezonator și este reflectată de ambele FBG pentru a stimula emisia indusă în continuare. Repetarea emisiei induse are ca rezultat oscilația laserului și în cele din urmă lumina laser este emisă de portul de ieșire care are rețeaua de reflectivitate mai mică.

Fiber Bragg Grating

LUNGIMI DE UNDĂ LASER FIBRĂ:

Cele mai multe lasere cu fibră folosesc iterbiu sau erbiu ca agent de dopare a elementului de pământ rar în miezul fibrei. Itterbiul oferă emisie de fotoni la lungimi de undă în intervalul de un micrometru. Mai exact, la 1030nm, 1064nm și 1080nm. Erbiul este elementul de alegere pentru a produce o ieșire în intervalul de 1550 nm. Erbium oferă o gamă de aproximativ 1528 nm până la 1620 nm până la 1620 nm. Laserele cu fibră pulsată de 1550 nm devin destul de comune în aplicațiile de detectare, deoarece oferă o putere foarte mare în intervalul de lungimi de undă de 1,5 microni sigure pentru ochi. Pentru a obține niveluri de putere de ieșire peste 5 wați la 1550 nm, este destul de obișnuit să folosiți o combinație de erbiu și itterbiu ca agenți de dopaj. În acest caz, yterbiul este excitat, iar energia este apoi transmisă ionilor de erbiu..

Bibliografie

K. Himeno: „Basele și caracteristicile laserului cu fibre de mare putere”, Fujikura Technical Review nr. 44, 2015.

Lawrence Livermore National Labs: „Cum funcționează laserele”

Bill Shiner: Lasere cu fibre pentru prelucrarea materialelor: 22 iunie 2011, NEW ENGLAND FIBRE OPTIC COUNCIL