Η βασική αρχή τουλέιζερ οπτικών ινών μονής λειτουργίας
Η παραγωγή λέιζερ απαιτεί την εκπλήρωση τριών βασικών συνθηκών: αναστροφή πληθυσμού, κατάλληλη συντονισμένη κοιλότητα και επίτευξη τουλέιζερκατώφλι (το κέρδος φωτός στην κοιλότητα συντονισμού πρέπει να είναι μεγαλύτερο από την απώλεια). Ο μηχανισμός λειτουργίας των μονοτροπικών λέιζερ οπτικών ινών βασίζεται ακριβώς σε αυτές τις θεμελιώδεις φυσικές αρχές και επιτυγχάνει βελτιστοποίηση της απόδοσης μέσω της ειδικής δομής των κυματοδηγών οπτικών ινών.
Η διεγερμένη ακτινοβολία και η αντιστροφή πληθυσμού αποτελούν τη φυσική βάση για την παραγωγή λέιζερ. Όταν η φωτεινή ενέργεια που εκπέμπεται από την πηγή αντλίας (συνήθως μια δίοδος λέιζερ ημιαγωγού) εγχέεται στην ίνα κέρδους που έχει προσμειχθεί με ιόντα σπάνιων γαιών (όπως Υττέρβιο Yb³⁺, Έρβιο Er³⁺), τα ιόντα σπάνιων γαιών απορροφούν ενέργεια και μεταβαίνουν από τη θεμελιώδη κατάσταση στη διεγερμένη κατάσταση. Όταν ο αριθμός των ιόντων στην διεγερμένη κατάσταση υπερβαίνει αυτόν της θεμελιώδους κατάστασης, σχηματίζεται μια κατάσταση αντιστροφής πληθυσμού. Σε αυτό το σημείο, το προσπίπτον φωτόνιο θα ενεργοποιήσει την διεγερμένη ακτινοβολία του ιόντος διεγερμένης κατάστασης, δημιουργώντας νέα φωτόνια της ίδιας συχνότητας, φάσης και κατεύθυνσης με το προσπίπτον φωτόνιο, επιτυγχάνοντας έτσι οπτική ενίσχυση.
Το βασικό χαρακτηριστικό της μονότροπης λειτουργίαςλέιζερ οπτικών ινώνέγκειται στην εξαιρετικά λεπτή διάμετρο του πυρήνα τους (συνήθως 8-14μm). Σύμφωνα με τη θεωρία της κυματικής οπτικής, ένας τέτοιος λεπτός πυρήνας μπορεί να επιτρέψει τη σταθερή μετάδοση μόνο ενός τρόπου ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (δηλαδή, του θεμελιώδους τρόπου LP₀₁ ή HE₁₁), δηλαδή του μοναδικού τρόπου. Αυτό εξαλείφει το πρόβλημα της διατροπικής διασποράς που υπάρχει στις πολύτροπες ίνες, δηλαδή το φαινόμενο διεύρυνσης του παλμού που προκαλείται από τη διάδοση διαφορετικών τρόπων σε διαφορετικές ταχύτητες. Από την άποψη των χαρακτηριστικών μετάδοσης, η διαφορά διαδρομής του φωτός που διαδίδεται κατά μήκος της αξονικής κατεύθυνσης στις μονότροπες οπτικές ίνες είναι εξαιρετικά μικρή, γεγονός που καθιστά τη δέσμη εξόδου τέλεια χωρική συνοχή και Γκαουσιανή κατανομή ενέργειας, και ο συντελεστής ποιότητας δέσμης M² μπορεί να πλησιάσει το 1 (M²=1 για μια ιδανική Γκαουσιανή δέσμη).
Τα λέιζερ οπτικών ινών είναι εξαιρετικοί εκπρόσωποι της τρίτης γενιάςτεχνολογία λέιζερ, τα οποία χρησιμοποιούν ίνες γυαλιού με πρόσμιξη σπάνιων γαιών ως μέσο κέρδους. Την τελευταία δεκαετία, τα λέιζερ οπτικών ινών μονής λειτουργίας έχουν καταλάβει ολοένα και πιο σημαντικό μερίδιο στην παγκόσμια αγορά λέιζερ, χάρη στα μοναδικά πλεονεκτήματα απόδοσής τους. Σε σύγκριση με τα λέιζερ οπτικών ινών πολλαπλών τρόπων λειτουργίας ή τα παραδοσιακά λέιζερ στερεάς κατάστασης, τα λέιζερ οπτικών ινών μονής λειτουργίας μπορούν να δημιουργήσουν μια ιδανική δέσμη Gauss με ποιότητα δέσμης κοντά στο 1, πράγμα που σημαίνει ότι η δέσμη μπορεί σχεδόν να φτάσει την θεωρητική ελάχιστη γωνία απόκλισης και το ελάχιστο εστιασμένο σημείο. Αυτό το χαρακτηριστικό τα καθιστά αναντικατάστατα στους τομείς της επεξεργασίας και των μετρήσεων που απαιτούν υψηλή ακρίβεια και χαμηλή θερμική πρόσκρουση.
Ώρα δημοσίευσης: 19 Νοεμβρίου 2025