ஃபைபர் லேசர் என்றால் என்ன?

வரையறை: டோப் செய்யப்பட்ட ஃபைபரை ஆதாய ஊடகமாகப் பயன்படுத்தும் லேசர் அல்லது லேசர் ரெசனேட்டர் பெரும்பாலும் ஃபைபர் கொண்ட லேசர்.

ஃபைபர் லேசர்கள் பொதுவாக ஃபைபரை ஆதாய ஊடகமாகப் பயன்படுத்தும் லேசர்களைக் குறிக்கின்றன, இருப்பினும் குறைக்கடத்தி ஆதாய ஊடகம் (செமிகண்டக்டர் ஆப்டிகல் பெருக்கிகள்) மற்றும் ஃபைபர் ரெசனேட்டர்களைப் பயன்படுத்தும் சில லேசர்கள் ஃபைபர் லேசர்கள் (அல்லது செமிகண்டக்டர் ஆப்டிகல் லேசர்கள்) என்றும் அழைக்கப்படலாம். கூடுதலாக, வேறு சில வகையான லேசர்கள் (எடுத்துக்காட்டாக, ஃபைபர்-இணைந்த செமிகண்டக்டர் டையோட்கள்) மற்றும் ஃபைபர் பெருக்கிகள் ஃபைபர் லேசர்கள் (அல்லது ஃபைபர் லேசர் அமைப்புகள்) என்றும் அழைக்கப்படுகின்றன.

பெரும்பாலான சந்தர்ப்பங்களில், ஆதாய ஊடகம் என்பது எர்பியம் (Er3+), யெட்டர்பியம் (Yb3+), தோரியம் (Tm3+), அல்லது பிரசோடைமியம் (Pr3+) போன்ற அரிதான எர்த் அயன்-டோப் செய்யப்பட்ட ஃபைபர் ஆகும், மேலும் ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட ஃபைபர்-இணைந்த லேசர் டையோட்கள் தேவைப்படுகின்றன. உந்திக்கு. ஃபைபர் லேசர்களின் ஆதாய ஊடகம் திட-நிலை மொத்த ஒளிக்கதிர்களைப் போலவே இருந்தாலும், அலை வழிகாட்டி விளைவு மற்றும் சிறிய பயனுள்ள பயன்முறை பகுதி பல்வேறு பண்புகளைக் கொண்ட லேசர்களை விளைவிக்கிறது. எடுத்துக்காட்டாக, அவை வழக்கமாக அதிக லேசர் ஆதாயம் மற்றும் அதிக ரெசனேட்டர் குழி இழப்புகளைக் கொண்டுள்ளன. ஃபைபர் லேசர் மற்றும் மொத்த லேசர் உள்ளீடுகளைப் பார்க்கவும்.

படம் 1

ஃபைபர் லேசர் ரெசனேட்டர்

ஆப்டிகல் ஃபைபரைப் பயன்படுத்தி லேசர் ரெசனேட்டரைப் பெற, ஒரு நேரியல் ரெசனேட்டரை உருவாக்க அல்லது ஃபைபர் ரிங் லேசரை உருவாக்க பல பிரதிபலிப்பான்களைப் பயன்படுத்தலாம். லீனியர் ஆப்டிகல் லேசர் ரெசனேட்டரில் பல்வேறு வகையான பிரதிபலிப்பான்களைப் பயன்படுத்தலாம்:

படம் 2

1. ஆய்வக அமைப்புகளில், படம் 1 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, செங்குத்தாக பிளவுபட்ட இழைகளின் முனைகளில் சாதாரண டைக்ரோயிக் கண்ணாடிகளைப் பயன்படுத்தலாம். இருப்பினும், இந்தத் தீர்வு பெரிய அளவிலான உற்பத்தியில் பயன்படுத்தப்பட முடியாது மற்றும் நீடித்தது அல்ல.

2. ஒரு ஃபைபர் லேசரின் அவுட்புட் கப்ளராக செயல்பட, வெற்று இழையின் முடிவில் உள்ள ஃப்ரெஸ்னல் பிரதிபலிப்பு போதுமானது. படம் 2 ஒரு உதாரணத்தைக் காட்டுகிறது.

3. மின்கடத்தா பூச்சுகள் நேரடியாக ஃபைபர் முனைகளில் வைக்கப்படலாம், பொதுவாக ஆவியாதல் மூலம். இத்தகைய பூச்சுகள் பரந்த அளவில் அதிக பிரதிபலிப்பு அடைய முடியும்.

4. வணிகப் பொருட்களில், ஃபைபர் ப்ராக் கிரேட்டிங்ஸ் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இவை நேரடியாக டோப் செய்யப்பட்ட இழைகளிலிருந்து அல்லது செயலிழந்த இழைகளாகப் பிரிப்பதன் மூலம் தயாரிக்கப்படலாம். படம் 3 ஒரு விநியோகிக்கப்பட்ட ப்ராக் பிரதிபலிப்பான் லேசர் (DBR லேசர்) காட்டுகிறது, இதில் இரண்டு ஃபைபர் கிராட்டிங் உள்ளது. டோப் செய்யப்பட்ட ஃபைபரில் கிராட்டிங் மற்றும் இடையில் ஒரு கட்ட மாற்றத்துடன் விநியோகிக்கப்பட்ட பின்னூட்ட லேசர் உள்ளது.

5. ஃபைபரிலிருந்து வெளிப்படும் ஒளியானது லென்ஸால் இணைக்கப்பட்டு, இருகுறுக்கருவி மூலம் எதிரொலித்தால், சிறந்த ஆற்றல் கையாளுதலை அடைய முடியும். பெரிய பீம் பகுதியின் காரணமாக கண்ணாடியால் பெறப்பட்ட ஒளியின் தீவிரம் வெகுவாகக் குறைக்கப்படும். இருப்பினும், சிறிய தவறான சீரமைப்புகள் குறிப்பிடத்தக்க பிரதிபலிப்பு இழப்புகளை ஏற்படுத்தலாம், மேலும் ஃபைபர் எண்ட் ஃபேஸ்ட்டில் கூடுதல் ஃப்ரெஸ்னல் பிரதிபலிப்புகள் வடிகட்டி விளைவுகளை உருவாக்கலாம். பிந்தையது கோண பிளவுபட்ட ஃபைபர் முனைகளைப் பயன்படுத்தி அடக்கலாம், ஆனால் இது அலைநீளம் சார்ந்த இழப்புகளை அறிமுகப்படுத்துகிறது.

6. ஃபைபர் கப்ளர் மற்றும் செயலற்ற இழைகளைப் பயன்படுத்தி ஆப்டிகல் லூப் ரிப்ளக்டரை உருவாக்குவதும் சாத்தியமாகும்.

பெரும்பாலான ஆப்டிகல் லேசர்கள் ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட ஃபைபர்-இணைந்த குறைக்கடத்தி லேசர்களால் பம்ப் செய்யப்படுகின்றன. பம்ப் லைட் நேரடியாக ஃபைபர் மையத்தில் அல்லது அதிக சக்தியில் பம்ப் கிளாடிங்கில் இணைக்கப்பட்டுள்ளது (இரட்டை-உடுப்பு இழைகளைப் பார்க்கவும்), இது கீழே விரிவாக விவாதிக்கப்படும்.

ஃபைபர் லேசர்களில் பல வகைகள் உள்ளன, அவற்றில் சில கீழே விவரிக்கப்பட்டுள்ளன.

ஃபைபர் லேசர்களில் பல வகைகள் உள்ளன, அவற்றில் சில கீழே விவரிக்கப்பட்டுள்ளன.

உயர் சக்தி ஃபைபர் லேசர்கள்

ஆரம்பத்தில், ஃபைபர் லேசர்கள் சில மில்லிவாட்களின் வெளியீட்டு சக்திகளை மட்டுமே அடைய முடிந்தது. இன்று, உயர்-சக்தி ஃபைபர் லேசர்கள் பல நூறு வாட்களின் வெளியீட்டு சக்திகளை அடைய முடியும், மேலும் சில நேரங்களில் ஒற்றை-முறை இழைகளிலிருந்து பல கிலோவாட்கள் கூட. தெர்மோ-ஆப்டிகல் விளைவுகளைத் தவிர்க்கும் விகிதத்தையும் அலை வழிகாட்டி விளைவுகளையும் அதிகரிப்பதன் மூலம் இது அடையப்படுகிறது.

மேலும் விவரங்களுக்கு உயர்-பவர் ஃபைபர் லேசர்கள் மற்றும் பெருக்கிகள் உள்ளீட்டைப் பார்க்கவும்.

அப்கன்வர்ஷன் ஃபைபர் லேசர்கள்

ஃபைபர் லேசர்கள் அப்கன்வர்ஷன் லேசர்களை உணர மிகவும் பொருத்தமானவை, அவை பொதுவாக ஒப்பீட்டளவில் அரிதான லேசர் மாற்றங்களில் செயல்படுகின்றன மற்றும் மிக அதிக பம்ப் செறிவுகள் தேவைப்படுகின்றன. ஃபைபர் லேசர்களில், அதிக பம்ப் செறிவுகளை நீண்ட தூரத்திற்கு பராமரிக்க முடியும், இதனால் பெறப்பட்ட ஆதாய திறன் மிகக் குறைந்த ஆதாயத்துடன் மாற்றங்களுக்கு எளிதாக அடையப்படுகிறது.

பெரும்பாலான சந்தர்ப்பங்களில், சிலிக்கா ஃபைபர்கள் அப்கன்வர்ஷன் ஃபைபர் லேசர்களுக்குப் பொருத்தமானவை அல்ல, ஏனென்றால், உயர் ஃபோனான் ஆற்றலின் காரணமாக சிலிக்கா இழைகளில் பொதுவாக மிகக் குறைவாக இருக்கும் எலக்ட்ரானிக் ஆற்றல் மட்டத்தில் அப்கன்வர்ஷன் பொறிமுறைக்கு நீண்ட இடைநிலை நிலை வாழ்நாள் தேவைப்படுகிறது (மல்டிஃபோட்டான் மாற்றங்களைப் பார்க்கவும்). எனவே, குறைந்த ஃபோனான் ஆற்றல் கொண்ட ZBLAN (ஒரு ஃப்ளோரோசிர்கோனேட்) போன்ற சில கன உலோக ஃவுளூரைடு இழைகள் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

நீல ஒளிக்கான தோரியம்-டோப் செய்யப்பட்ட ஃபைபர்கள், சிவப்பு, ஆரஞ்சு, பச்சை அல்லது நீல ஒளிக்கான பிரசோடைமியம்-டோப் செய்யப்பட்ட லேசர்கள் (சில நேரங்களில் யெட்டர்பியத்துடன்) மற்றும் டிரையோடிற்கான எர்பியம்-டோப் செய்யப்பட்ட லேசர்கள் ஆகியவை பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் அப்கன்வர்ஷன் ஃபைபர் லேசர்கள் ஆகும்.

குறுகிய-கோடு அகல ஃபைபர் லேசர்கள்

ஃபைபர் லேசர்கள் ஒரு சில கிலோஹெர்ட்ஸ் அல்லது 1 kHz க்கும் குறைவான கோடு அகலத்துடன் ஒரே ஒரு நீளமான பயன்முறையில் (ஒற்றை-அதிர்வெண் லேசர், ஒற்றை-முறை செயல்பாட்டைப் பார்க்கவும்) மட்டுமே செயல்படலாம். நீண்ட கால நிலையான ஒற்றை அதிர்வெண் செயல்பாட்டிற்கு, மற்றும் வெப்பநிலை நிலைத்தன்மையைக் கருத்தில் கொண்ட பிறகு கூடுதல் தேவைகள் இல்லாமல், லேசர் குழி குறுகியதாக இருக்க வேண்டும் (எ.கா., 5 செ.மீ), இருப்பினும் நீண்ட குழி, கொள்கையளவில், குறைந்த கட்ட இரைச்சல் மற்றும் குறுகிய கோட்டின் அளவு. ஃபைபர் முனையில் ஒரு குழிவுப் பயன்முறையைத் தேர்ந்தெடுக்க, ஒரு நெரோபேண்ட் ஃபைபர் ப்ராக் கிரேட்டிங் உள்ளது (விநியோகிக்கப்பட்ட ப்ராக் ரிப்ளக்டர் லேசர், டிபிஆர் ஃபைபர் லேசர்) வெளியீட்டு சக்தி பொதுவாக சில மில்லிவாட்கள் முதல் பத்து மில்லிவாட்கள் வரை இருக்கும், மேலும் 1 W வரையிலான வெளியீட்டு சக்திகளைக் கொண்ட ஒற்றை அதிர்வெண் ஃபைபர் லேசர்களும் கிடைக்கின்றன.

ஒரு தீவிர வடிவம் விநியோகிக்கப்பட்ட பின்னூட்ட லேசர் (DFB லேசர்) ஆகும், அங்கு முழு லேசர் குழியும் ஒரு ஃபைபர் ப்ராக் கிரேட்டிங்கிற்குள் ஒரு கட்ட மாற்றத்துடன் உள்ளது. இங்கே குழி ஒப்பீட்டளவில் குறுகியதாக உள்ளது, இது வெளியீட்டு சக்தி மற்றும் வரி அகலத்தை தியாகம் செய்கிறது, ஆனால் ஒற்றை அதிர்வெண் செயல்பாடு மிகவும் நிலையானது.

ஃபைபர் பெருக்கிகள் அதிக சக்திகளுக்கு மேலும் பெருக்க பயன்படுத்தப்படலாம்.

Q-சுவிட்ச் ஃபைபர் லேசர்கள்

ஃபைபர் லேசர்கள் பல்வேறு செயலில் அல்லது செயலற்ற Q சுவிட்சுகளைப் பயன்படுத்தி, பத்து முதல் நூற்றுக்கணக்கான நானோ விநாடிகள் வரையிலான நீளம் கொண்ட பருப்புகளை உருவாக்க முடியும். ஒரு சில மில்லிஜூல்களின் துடிப்பு ஆற்றல்களை பெரிய பயன்முறை பகுதி இழைகள் மூலம் அடையலாம், மேலும் தீவிர நிகழ்வுகளில் பல்லாயிரக்கணக்கான மில்லிஜூல்களை அடையலாம், இது செறிவூட்டல் ஆற்றல் (பெரிய பயன்முறை பகுதி இழைகளுடன் கூட) மற்றும் சேத வரம்பு (குறுகிய பருப்புகளுக்கு அதிகமாக உச்சரிக்கப்படுகிறது). அனைத்து ஃபைபர் சாதனங்களும் (ஃப்ரீ-ஸ்பேஸ் ஆப்டிக்ஸ் தவிர) துடிப்பு ஆற்றலில் மட்டுப்படுத்தப்பட்டவை, ஏனெனில் அவை பொதுவாக பெரிய பயன்முறை பகுதி இழைகள் மற்றும் பயனுள்ள Q மாறுதல் ஆகியவற்றை செயல்படுத்த முடியாது.

அதிக லேசர் ஆதாயம் காரணமாக, ஃபைபர் லேசர்களில் Q-ஸ்விட்ச்சிங் மொத்த லேசர்களில் இருந்து இயற்கையில் மிகவும் வேறுபட்டது மற்றும் மிகவும் சிக்கலானது. டைம் டொமைனில் பொதுவாக பல ஸ்பைக்குகள் இருக்கும், மேலும் ரெசனேட்டர் சுற்று-பயண நேரத்தை விட குறைவான நீளம் கொண்ட Q-சுவிட்ச் செய்யப்பட்ட பருப்புகளை உருவாக்குவதும் சாத்தியமாகும்.

மோட்-லாக் செய்யப்பட்ட ஃபைபர் லேசர்கள் பிகோசெகண்ட் அல்லது ஃபெம்டோசெகண்ட் பருப்புகளை உருவாக்க மிகவும் சிக்கலான ரெசனேட்டர்களை (அல்ட்ராஷார்ட் ஃபைபர் லேசர்கள்) பயன்படுத்துகின்றன. இங்கே, லேசர் ரெசனேட்டர் செயலில் உள்ள மாடுலேட்டர் அல்லது சில நிறைவுற்ற உறிஞ்சிகளைக் கொண்டுள்ளது. நிறைவுற்ற உறிஞ்சிகளை நேரியல் அல்லாத துருவமுனைப்பு சுழற்சி விளைவுகளால் அல்லது நேரியல் அல்லாத ஃபைபர் லூப் கண்ணாடியைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் உணர முடியும். எடுத்துக்காட்டாக, படம் 8 இல் உள்ள "ஃபிகர்-ஆஃப்-எட்டு லேசரில்" நான் லீனியர் லூப் மிரர்களைப் பயன்படுத்தலாம், இதில் இடதுபுறம் ஒரு முக்கிய ரெசனேட்டர் மற்றும் ரவுண்ட்-டிரிப் அல்ட்ராஷார்ட் பருப்புகளை பெருக்க, வடிவமைத்தல் மற்றும் நிலைப்படுத்த ஒரு நேரியல் அல்லாத ஃபைபர் வளையத்தைக் கொண்டுள்ளது. குறிப்பாக ஹார்மோனிக் மோட் லாக்கிங்கில், ஆப்டிகல் ஃபில்டர்களாகப் பயன்படுத்தப்படும் சப் கேவிட்டிகள் போன்ற கூடுதல் சாதனங்கள் தேவைப்படுகின்றன.