Σχεδιασμός οπτικής διαδρομής πολωμένης ίναςλέιζερ στενού πλάτους γραμμής
1. Επισκόπηση
Λέιζερ στενού εύρους γραμμής με πολωμένη ίνα 1018 nm. Το μήκος κύματος λειτουργίας είναι 1018 nm, η ισχύς εξόδου λέιζερ είναι 104 W, τα φασματικά πλάτη 3 dB και 20 dB είναι ~21 GHz και ~72 GHz αντίστοιχα, ο λόγος απόσβεσης πόλωσης είναι >17,5 dB και η ποιότητα δέσμης είναι υψηλή (2 x M – 1,62 και 2 y M) Aσύστημα λέιζερμε απόδοση κλίσης 79% (∼1,63).
2. Περιγραφή οπτικής διαδρομής
Σε έναλέιζερ στενού πλάτους γραμμής με πολωμένες ίνες, ο γραμμικά πολωμένος ταλαντωτής λέιζερ οπτικών ινών αποτελείται από ένα ζεύγος πλεγμάτων οπτικών ινών που διατηρούν την πόλωση και μια οπτική ίνα διατήρησης πόλωσης διπλής επένδυσης με πρόσμιξη υττερβίου μήκους 1,5 μέτρων και διπλής επένδυσης ως μέσο κέρδους. Ο συντελεστής απορρόφησης αυτής της οπτικής ίνας στα 976 nm είναι 5 dB/m. Ο ταλαντωτής λέιζερ αντλείται από ένα κύμα κλειδωμένο στο μήκος κύματος 976 nm.λέιζερ ημιαγωγώνμε μέγιστη ισχύ 27 W μέσω ενός συνδυαστή δέσμης (1+1)×1 που διατηρεί την πολικότητα. Το πλέγμα υψηλής ανάκλασης έχει ανακλαστικότητα άνω του 99% και το εύρος ζώνης ανάκλασης 3 dB είναι περίπου 0,22 nm. Η χαμηλή ανακλαστικότητα του πλέγματος είναι 40% και το εύρος ζώνης ανάκλασης 3 dB είναι περίπου 0,216 nm. Τα κεντρικά μήκη κύματος ανάκλασης και των δύο πλεγμάτων είναι στα 1018 nm. Για την εξισορρόπηση της ισχύος εξόδου του συντονιστή λέιζερ και του λόγου καταστολής ASE, η χαμηλή ανακλαστικότητα του πλέγματος βελτιστοποιήθηκε στο 40%. Η ουρά ίνα του πλέγματος υψηλής ανάκλασης είναι συντηγμένη με την ίνα κέρδους, ενώ η ουρά ίνα του πλέγματος χαμηλής ανάκλασης περιστρέφεται κατά 90° και συντηγμένη με την ουρά ίνα του φίλτρου επένδυσης. Έτσι, η θέση κορυφής του μήκους κύματος ανάκλασης γρήγορου άξονα του πλέγματος υψηλής ανάκλασης ταιριάζει με αυτήν του μήκους κύματος ανάκλασης αργού άξονα του πλέγματος χαμηλής ανάκλασης. Με αυτόν τον τρόπο, μόνο ένα πολωμένο λέιζερ μπορεί να ταλαντώνεται στην κοιλότητα συντονισμού. Το υπόλοιπο φως άντλησης στην επένδυση οπτικών ινών φιλτράρεται από ένα αυτοσχέδιο φίλτρο επένδυσης που είναι συντηγμένο στην κοιλότητα συντονισμού, και η πλεξούδα εξόδου λοξοτομείται κατά 8° για να αποτρέπεται η ανάδραση της τελικής επιφάνειας και η παρασιτική ταλάντωση.
3. Γενικές γνώσεις
Ο μηχανισμός δημιουργίας γραμμικά πολωμένων λέιζερ οπτικών ινών: Λόγω της διπλής διάθλασης τάσης, η οπτική ίνα σε σχήμα αχλαδιού που διατηρεί την πόλωση έχει δύο ορθογώνιους άξονες πόλωσης, γνωστούς ως γρήγορος άξονας και αργός άξονας. Γενικά, επειδή ο δείκτης διάθλασης του αργού άξονα είναι μεγαλύτερος από αυτόν του γρήγορου άξονα, το πλέγμα που είναι γραμμένο στην οπτική ίνα που διατηρεί την πόλωση έχει δύο διαφορετικά κεντρικά μήκη κύματος. Η κοιλότητα συντονισμού ενός γραμμικά πολωμένου λέιζερ οπτικών ινών αποτελείται συνήθως από δύο πλέγματα διατήρησης πόλωσης. Τα μήκη κύματος του πλέγματος χαμηλής ανάκλασης και του πλέγματος υψηλής ανάκλασης στον γρήγορο άξονα και τον αργό άξονα αντιστοιχούν αντίστοιχα. Όταν το εύρος ζώνης ανάκλασης του πλέγματος διατήρησης πόλωσης είναι αρκετά στενό, τα φάσματα μετάδοσης στον γρήγορο άξονα και στις κατευθύνσεις του αργού άξονα μπορούν να διαχωριστούν και τα δύο μήκη κύματος μπορούν να δονούνται μέσα στην κοιλότητα συντονισμού. Σύμφωνα με την αρχή ταλάντωσης διπλού μήκους κύματος του πλέγματος διατήρησης πόλωσης, στο πείραμα, μπορεί να υιοθετηθεί η μέθοδος παράλληλης συγκόλλησης για την επίτευξή της. Κατά τη συγκόλληση, οι άξονες διατήρησης πόλωσης των δύο σχαρών ευθυγραμμίζονται. Με αυτόν τον τρόπο, οι δύο κορυφές μετάδοσης του σχαρού υψηλής ανάκλασης αντιστοιχούν σε εκείνες του σχαρού χαμηλής ανάκλασης και έτσι μπορεί να επιτευχθεί έξοδος λέιζερ διπλού μήκους κύματος.
Στα πραγματικά συστήματα διατήρησης πόλωσης λέιζερ, η γραμμική ασυμμετρία είναι ένας σημαντικός δείκτης για την αξιολόγηση των χαρακτηριστικών εξόδου των γραμμικά πολωμένων λέιζερ. Γενικά, η περίοδος ενός πλέγματος υψηλής ανακλαστικότητας είναι μεγαλύτερη από αυτή ενός πλέγματος χαμηλής ανακλαστικότητας. Για να επιτευχθεί ένα γραμμικά πολωμένο λέιζερ με υψηλή τιμή PER, μόνο μία κορυφή πόλωσης χρειάζεται να δονείται. Όταν ο γρήγορος άξονας του πλέγματος χαμηλής ανακλαστικότητας βρίσκεται κατά μήκος του αργού άξονα του πλέγματος υψηλής ανακλαστικότητας, το κεντρικό μήκος κύματος στην κατεύθυνση του γρήγορου άξονα του πλέγματος χαμηλής ανακλαστικότητας αντιστοιχεί σε αυτό στην κατεύθυνση του αργού άξονα του πλέγματος υψηλής ανακλαστικότητας, ενώ η κορυφή μετάδοσης στην κατεύθυνση του αργού άξονα του πλέγματος χαμηλής ανακλαστικότητας δεν αντιστοιχεί στην κορυφή μετάδοσης στην κατεύθυνση του γρήγορου άξονα του πλέγματος υψηλής ανακλαστικότητας. Με αυτόν τον τρόπο, μία κορυφή μετάδοσης μπορεί να δονηθεί. Ομοίως, όταν ο αργός άξονας ενός πλέγματος χαμηλής ανακλαστικότητας είναι κατά μήκος του γρήγορου άξονα ενός πλέγματος υψηλής ανακλαστικότητας, το κεντρικό μήκος κύματος του αργού άξονα του πλέγματος χαμηλής ανακλαστικότητας αντιστοιχεί σε αυτό του γρήγορου άξονα του πλέγματος υψηλής ανακλαστικότητας, ενώ η κορυφή μετάδοσης του γρήγορου άξονα του πλέγματος χαμηλής ανακλαστικότητας δεν αντιστοιχεί σε αυτή του αργού άξονα του πλέγματος υψηλής ανακλαστικότητας. Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί επίσης να δονηθεί μία κορυφή μετάδοσης. Και οι δύο παραπάνω μέθοδοι μπορούν να επιτύχουν γραμμικά πολωμένη έξοδο λέιζερ. Σύμφωνα με την αρχή της γραμμικά πολωμένης ταλάντωσης λέιζερ μονού μήκους κύματος του πλέγματος διατήρησης πόλωσης, στο πείραμα, μπορεί να υιοθετηθεί η μέθοδος ορθογώνιας συρραφής για την επίτευξή της. Όταν η γωνία συρραφής των αξόνων διατήρησης πόλωσης του πλέγματος υψηλής ανάκλασης και του πλέγματος χαμηλής ανάκλασης είναι 90°, η κορυφή μετάδοσης στην κατεύθυνση αργού άξονα του πλέγματος υψηλής ανάκλασης αντιστοιχεί στην κορυφή μετάδοσης στην κατεύθυνση γρήγορου άξονα του πλέγματος χαμηλής ανάκλασης και έτσι μπορεί να επιτευχθεί η έξοδος γραμμικά πολωμένου λέιζερ ινών μονού μήκους κύματος.
Ώρα δημοσίευσης: 12 Σεπτεμβρίου 2025