फायबर लेसर म्हणजे काय?

व्याख्या: एक लेसर जो डोपड फायबरचा वापर वाढवण्याचे माध्यम म्हणून करतो किंवा लेसर ज्याचा लेसर रेझोनेटर बहुतेक फायबरने बनलेला असतो.

फायबर लेसर सामान्यत: फायबरचा वापर फायबरचे माध्यम म्हणून करतात, तथापि काही लेसर जे सेमीकंडक्टर गेन मीडिया (सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल ॲम्प्लीफायर्स) आणि फायबर रेझोनेटर्स वापरतात त्यांना फायबर लेसर (किंवा सेमीकंडक्टर ऑप्टिकल लेसर) देखील म्हटले जाऊ शकते. याव्यतिरिक्त, इतर काही प्रकारचे लेसर (उदाहरणार्थ, फायबर-कपल्ड सेमीकंडक्टर डायोड्स) आणि फायबर ॲम्प्लिफायर्सना फायबर लेसर (किंवा फायबर लेसर सिस्टम) देखील म्हणतात.

बऱ्याच प्रकरणांमध्ये, गेन माध्यम हे दुर्मिळ पृथ्वीचे आयन-डोप केलेले फायबर असते, जसे की एर्बियम (Er3+), यटरबियम (Yb3+), थोरियम (Tm3+), किंवा praseodymium (Pr3+), आणि एक किंवा अधिक फायबर-कपल्ड लेसर डायोड आवश्यक असतात. पंपिंगसाठी. जरी फायबर लेसरचे लाभाचे माध्यम सॉलिड-स्टेट बल्क लेझर्ससारखे असले तरी, वेव्हगाइड प्रभाव आणि लहान प्रभावी मोड क्षेत्रामुळे विविध गुणधर्मांसह लेसर तयार होतात. उदाहरणार्थ, त्यांच्याकडे सामान्यतः उच्च लेसर लाभ आणि उच्च रेझोनेटर पोकळीचे नुकसान होते. फायबर लेसर आणि बल्क लेसर या नोंदी पहा.

आकृती 1

फायबर लेसर रेझोनेटर

ऑप्टिकल फायबर वापरून लेसर रेझोनेटर मिळविण्यासाठी, रेषीय रेझोनेटर तयार करण्यासाठी किंवा फायबर रिंग लेसर तयार करण्यासाठी अनेक परावर्तकांचा वापर केला जाऊ शकतो. रेखीय ऑप्टिकल लेसर रेझोनेटरमध्ये विविध प्रकारचे परावर्तक वापरले जाऊ शकतात:

आकृती 2

1. प्रयोगशाळेच्या सेटअपमध्ये, आकृती 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, लंबवत क्लीव्ह केलेल्या तंतूंच्या शेवटी सामान्य डायक्रोइक मिरर वापरले जाऊ शकतात. तथापि, हे द्रावण मोठ्या प्रमाणात उत्पादनात वापरले जाऊ शकत नाही आणि ते टिकाऊ नाही.

2. बेअर फायबरच्या शेवटी फ्रेस्नेल रिफ्लेक्शन फायबर लेसरसाठी आउटपुट कपलर म्हणून काम करण्यासाठी पुरेसे आहे. आकृती 2 एक उदाहरण दाखवते.

3. डायलेक्ट्रिक कोटिंग्स थेट फायबरच्या टोकांवर देखील जमा केले जाऊ शकतात, सामान्यत: बाष्पीभवनाद्वारे. अशा कोटिंग्स विस्तृत श्रेणीमध्ये उच्च परावर्तकता प्राप्त करू शकतात.

4. व्यावसायिक उत्पादनांमध्ये, फायबर ब्रॅग ग्रेटिंग्स सामान्यत: वापरल्या जातात, जे थेट डोप केलेल्या तंतूपासून तयार केले जाऊ शकतात किंवा न केलेल्या तंतूंना सक्रिय तंतूंमध्ये विभाजित करून तयार केले जाऊ शकतात. आकृती 3 एक वितरित ब्रॅग रिफ्लेक्टर लेसर (DBR लेसर) दर्शविते, ज्यामध्ये दोन फायबर ग्रेटिंग आहेत. डोपड फायबरमध्ये जाळीसह एक वितरित फीडबॅक लेसर आणि दरम्यान फेज शिफ्ट देखील आहे.

5. फायबरमधून उत्सर्जित होणारा प्रकाश जर लेन्सने एकत्रित केला असेल आणि डायक्रोइक मिररद्वारे परत परावर्तित केला असेल, तर अधिक चांगली ऊर्जा हाताळणी साध्य केली जाऊ शकते. मोठ्या तुळई क्षेत्रामुळे मिररद्वारे प्राप्त झालेल्या प्रकाशाची तीव्रता मोठ्या प्रमाणात कमी होईल. तथापि, किंचित चुकीचे संरेखन लक्षणीय प्रतिबिंब नुकसानास कारणीभूत ठरू शकते आणि फायबरच्या शेवटच्या बाजूंवर अतिरिक्त फ्रेस्नेल प्रतिबिंब फिल्टर प्रभाव निर्माण करू शकतात. अँगल क्लीव्हड फायबर एन्ड्स वापरून नंतरचे दाब दाबले जाऊ शकते, परंतु यामुळे तरंगलांबी-अवलंबून नुकसान होते.

6. फायबर कपलर आणि निष्क्रिय तंतू वापरून ऑप्टिकल लूप रिफ्लेक्टर तयार करणे देखील शक्य आहे.

बहुतेक ऑप्टिकल लेसर एक किंवा अधिक फायबर-कपल्ड सेमीकंडक्टर लेसरद्वारे पंप केले जातात. पंप लाइट थेट फायबर कोरमध्ये किंवा उच्च शक्तीवर पंप क्लॅडिंगमध्ये जोडला जातो (डबल-क्लड फायबर्स पहा), ज्याची खाली तपशीलवार चर्चा केली जाईल.

फायबर लेसरचे अनेक प्रकार आहेत, त्यापैकी काही खाली वर्णन केल्या आहेत.

फायबर लेसरचे अनेक प्रकार आहेत, त्यापैकी काही खाली वर्णन केल्या आहेत.

उच्च-शक्ती फायबर लेसर

सुरुवातीला, फायबर लेसर केवळ काही मिलीवॅट्सची आउटपुट शक्ती प्राप्त करण्यास सक्षम होते. आज, हाय-पॉवर फायबर लेसर अनेक शंभर वॅट्सची आउटपुट पॉवर मिळवू शकतात आणि कधीकधी सिंगल-मोड फायबरमधून अनेक किलोवॅट्स देखील मिळवू शकतात. हे आस्पेक्ट रेशो आणि वेव्हगाइड इफेक्ट्स वाढवून प्राप्त केले जाते, जे थर्मो-ऑप्टिकल प्रभाव टाळतात.

अधिक तपशिलांसाठी हाय-पॉवर फायबर लेसर आणि ॲम्प्लिफायर्स पहा.

अपरूपांतरण फायबर लेसर

फायबर लेसर विशेषतः अप-कन्व्हर्जन लेसर साकारण्यासाठी योग्य आहेत, जे सहसा तुलनेने क्वचित लेसर संक्रमणांवर कार्य करतात आणि त्यांना खूप जास्त पंप तीव्रतेची आवश्यकता असते. फायबर लेसरमध्ये, उच्च पंप तीव्रता लांब अंतरावर राखली जाऊ शकते, जेणेकरून प्राप्त केलेली लाभ कार्यक्षमता अत्यंत कमी नफ्यासह संक्रमणासाठी सहजपणे प्राप्त होते.

बहुतेक प्रकरणांमध्ये, सिलिका तंतू अप-कन्व्हर्जन फायबर लेसरसाठी योग्य नसतात, कारण अप-कन्व्हर्जन मेकॅनिझमला इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा स्तरामध्ये दीर्घ मध्यवर्ती अवस्थेची आवश्यकता असते, जे उच्च फोनॉन उर्जेमुळे सिलिका तंतूंमध्ये सामान्यतः फारच लहान असते (मल्टीफोटॉन संक्रमणे पहा). म्हणून, काही हेवी मेटल फ्लोराईड तंतू सामान्यतः वापरले जातात, जसे की कमी फोनॉन उर्जा असलेले ZBLAN (फ्लोरोझिरकोनेट).

निळ्या प्रकाशासाठी थोरियम-डोपड फायबर, लाल, नारिंगी, हिरवा किंवा निळा प्रकाशासाठी प्रॅसोडायमियम-डोपड लेसर (कधीकधी यटरबियमसह) आणि ट्रायोडसाठी एर्बियम-डोपड लेसर हे सर्वात सामान्यपणे वापरले जाणारे अप-कन्व्हर्जन फायबर लेसर आहेत.

अरुंद-रेखा रुंदीचे फायबर लेसर

फायबर लेसर फक्त एका रेखांशाच्या मोडमध्ये (सिंगल-फ्रिक्वेंसी लेसर, सिंगल-मोड ऑपरेशन पहा) काही किलोहर्ट्झ किंवा अगदी 1 kHz पेक्षा कमी रेषेसह कार्य करू शकतात. दीर्घकालीन स्थिर सिंगल-फ्रिक्वेंसी ऑपरेशनसाठी, आणि तापमान स्थिरतेचा विचार केल्यानंतर अतिरिक्त आवश्यकतांशिवाय, लेसर पोकळी लहान असावी (उदा. 5 सेमी), जरी पोकळी जितकी लांब असेल, तत्त्वतः, फेजचा आवाज कमी आणि अरुंद. रेषा रुंदी. पोकळी मोड निवडण्यासाठी फायबर एंडमध्ये नॅरोबँड फायबर ब्रॅग ग्रेटिंग (वितरित ब्रॅग रिफ्लेक्टर लेसर, डीबीआर फायबर लेसर पहा) असते. आउटपुट पॉवर सामान्यत: काही मिलीवॅट्सपासून दहा मिलीवॅट्सपर्यंत असते आणि 1 W पर्यंत आउटपुट पॉवरसह सिंगल-फ्रिक्वेंसी फायबर लेसर देखील उपलब्ध आहेत.

डिस्ट्रिब्युटेड फीडबॅक लेसर (DFB लेसर) हा एक अत्यंत प्रकार आहे, जिथे संपूर्ण लेसर पोकळी फायबर ब्रॅग ग्रेटिंगमध्ये असते ज्यामध्ये फेज शिफ्ट असते. येथे पोकळी तुलनेने लहान आहे, जी आउटपुट पॉवर आणि लाइनविड्थचा त्याग करते, परंतु सिंगल-फ्रिक्वेंसी ऑपरेशन खूप स्थिर आहे.

फायबर ॲम्प्लिफायर्सचा वापर उच्च शक्तींमध्ये वाढ करण्यासाठी देखील केला जाऊ शकतो.

Q-स्विच केलेले फायबर लेसर

फायबर लेसर विविध सक्रिय किंवा निष्क्रिय Q स्विचचा वापर करून दहापट ते शेकडो नॅनोसेकंदपर्यंतच्या लांबीसह डाळी निर्माण करू शकतात. मोठ्या मोड एरिया फायबरसह काही मिलीज्युल्सची पल्स एनर्जी मिळवता येते आणि अत्यंत प्रकरणांमध्ये दहापट मिलिजूल्सपर्यंत पोहोचू शकते, संपृक्तता ऊर्जा (मोठ्या मोड एरिया फायबरसह देखील) आणि नुकसान थ्रेशोल्ड (छोट्या डाळींसाठी अधिक स्पष्ट). सर्व फायबर उपकरणे (फ्री-स्पेस ऑप्टिक्स वगळता) पल्स एनर्जीमध्ये मर्यादित आहेत, कारण ते सहसा मोठ्या मोड एरिया फायबर आणि प्रभावी Q स्विचिंग लागू करू शकत नाहीत.

उच्च लेसर लाभामुळे, फायबर लेसरमधील क्यू-स्विचिंग मोठ्या प्रमाणात लेसरपेक्षा खूप भिन्न आहे आणि ते अधिक जटिल आहे. टाइम डोमेनमध्ये सहसा अनेक स्पाइक्स असतात आणि रेझोनेटर राउंड-ट्रिप वेळेपेक्षा कमी लांबीसह क्यू-स्विच केलेल्या डाळी तयार करणे देखील शक्य आहे.

मोड-लॉक केलेले फायबर लेसर पिकोसेकंद किंवा फेमटोसेकंद डाळी तयार करण्यासाठी अधिक जटिल रेझोनेटर्स (अल्ट्राशॉर्ट फायबर लेसर) वापरतात. येथे, लेसर रेझोनेटरमध्ये सक्रिय मॉड्युलेटर किंवा काही संतृप्त शोषक असतात. संतृप्त शोषक नॉनलाइनर ध्रुवीकरण रोटेशन इफेक्ट्सद्वारे किंवा नॉनलाइनर फायबर लूप मिरर वापरून साकार केले जाऊ शकतात. नॉनलाइनर लूप मिररचा वापर केला जाऊ शकतो, उदाहरणार्थ, आकृती 8 मधील "आठ-आठ लेसर" मध्ये, जेथे डाव्या बाजूला एक मुख्य रेझोनेटर आणि राउंड-ट्रिप अल्ट्राशॉर्ट पल्स वाढवण्यासाठी, आकार देण्यासाठी आणि स्थिर करण्यासाठी एक नॉनलाइनर फायबर रिंग आहे. विशेषत: हार्मोनिक मोड लॉकिंगमध्ये, अतिरिक्त उपकरणे आवश्यक आहेत, जसे की ऑप्टिकल फिल्टर म्हणून वापरल्या जाणाऱ्या सबकॅव्हिटी.