ఫైబర్ లేజర్ అంటే ఏమిటి?

నిర్వచనం: డోప్డ్ ఫైబర్‌ను ఒక లాభం మాధ్యమంగా ఉపయోగించే లేజర్ లేదా లేజర్ రెసొనేటర్ ఎక్కువగా ఫైబర్‌తో కూడిన లేజర్.

ఫైబర్ లేజర్‌లు సాధారణంగా ఫైబర్‌ను లాభం మాధ్యమంగా ఉపయోగించే లేజర్‌లను సూచిస్తాయి, అయితే సెమీకండక్టర్ గెయిన్ మీడియా (సెమీకండక్టర్ ఆప్టికల్ యాంప్లిఫైయర్‌లు) మరియు ఫైబర్ రెసొనేటర్‌లను ఉపయోగించే కొన్ని లేజర్‌లను ఫైబర్ లేజర్‌లు (లేదా సెమీకండక్టర్ ఆప్టికల్ లేజర్‌లు) అని కూడా పిలుస్తారు. అదనంగా, కొన్ని ఇతర రకాల లేజర్‌లు (ఉదాహరణకు, ఫైబర్-కపుల్డ్ సెమీకండక్టర్ డయోడ్‌లు) మరియు ఫైబర్ యాంప్లిఫైయర్‌లను ఫైబర్ లేజర్‌లు (లేదా ఫైబర్ లేజర్ సిస్టమ్‌లు) అని కూడా పిలుస్తారు.

చాలా సందర్భాలలో, గెయిన్ మీడియం అనేది ఎర్బియం (Er3+), ytterbium (Yb3+), థోరియం (Tm3+), లేదా praseodymium (Pr3+) వంటి అరుదైన ఎర్త్ అయాన్-డోప్డ్ ఫైబర్ మరియు ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ ఫైబర్-కపుల్డ్ లేజర్ డయోడ్‌లు అవసరం. పంపింగ్ కోసం. ఫైబర్ లేజర్‌ల యొక్క లాభ మాధ్యమం సాలిడ్-స్టేట్ బల్క్ లేజర్‌ల మాదిరిగానే ఉన్నప్పటికీ, వేవ్‌గైడ్ ప్రభావం మరియు చిన్న ప్రభావవంతమైన మోడ్ ప్రాంతం వివిధ లక్షణాలతో లేజర్‌లను కలిగిస్తాయి. ఉదాహరణకు, వారు సాధారణంగా అధిక లేజర్ లాభం మరియు అధిక రెసొనేటర్ కుహరం నష్టాలను కలిగి ఉంటారు. ఫైబర్ లేజర్ మరియు బల్క్ లేజర్ ఎంట్రీలను చూడండి.

మూర్తి 1

ఫైబర్ లేజర్ రెసొనేటర్

ఆప్టికల్ ఫైబర్‌ని ఉపయోగించి లేజర్ రెసొనేటర్‌ను పొందేందుకు, లీనియర్ రెసొనేటర్‌ను రూపొందించడానికి లేదా ఫైబర్ రింగ్ లేజర్‌ను రూపొందించడానికి అనేక రిఫ్లెక్టర్‌లను ఉపయోగించవచ్చు. లీనియర్ ఆప్టికల్ లేజర్ రెసొనేటర్‌లో వివిధ రకాల రిఫ్లెక్టర్‌లను ఉపయోగించవచ్చు:

మూర్తి 2

1. లాబొరేటరీ సెటప్‌లలో, ఫిగర్ 1లో చూపిన విధంగా లంబంగా చీలిపోయిన ఫైబర్‌ల చివర్లలో సాధారణ డైక్రోయిక్ మిర్రర్‌లను ఉపయోగించవచ్చు. అయితే, ఈ పరిష్కారం పెద్ద ఎత్తున ఉత్పత్తిలో ఉపయోగించబడదు మరియు మన్నికైనది కాదు.

2. ఫైబర్ లేజర్‌కు అవుట్‌పుట్ కప్లర్‌గా పనిచేయడానికి బేర్ ఫైబర్ చివరిలో ఉన్న ఫ్రెస్నెల్ ప్రతిబింబం సరిపోతుంది. మూర్తి 2 ఒక ఉదాహరణను చూపుతుంది.

3. విద్యుద్వాహక పూతలను కూడా నేరుగా పీచు చివర్లలో నిక్షిప్తం చేయవచ్చు, సాధారణంగా బాష్పీభవనం ద్వారా. ఇటువంటి పూతలు విస్తృత పరిధిలో అధిక ప్రతిబింబాన్ని సాధించగలవు.

4. వాణిజ్య ఉత్పత్తులలో, ఫైబర్ బ్రాగ్ గ్రేటింగ్‌లు సాధారణంగా ఉపయోగించబడతాయి, వీటిని నేరుగా డోప్డ్ ఫైబర్‌ల నుండి లేదా అన్‌డోప్డ్ ఫైబర్‌లను యాక్టివ్ ఫైబర్‌లుగా విభజించడం ద్వారా తయారు చేయవచ్చు. మూర్తి 3 పంపిణీ చేయబడిన బ్రాగ్ రిఫ్లెక్టర్ లేజర్ (DBR లేజర్)ను చూపుతుంది, ఇందులో రెండు ఫైబర్ గ్రేటింగ్‌లు ఉంటాయి. డోప్డ్ ఫైబర్‌లో గ్రేటింగ్ మరియు మధ్యలో ఫేజ్ షిఫ్ట్‌తో పంపిణీ చేయబడిన ఫీడ్‌బ్యాక్ లేజర్ కూడా ఉంది.

5. ఫైబర్ నుండి వెలువడే కాంతిని ఒక లెన్స్ ద్వారా కొలిమేట్ చేసి, డైక్రోయిక్ మిర్రర్ ద్వారా తిరిగి ప్రతిబింబిస్తే, మెరుగైన పవర్ హ్యాండ్లింగ్ సాధించవచ్చు. పెద్ద బీమ్ ప్రాంతం కారణంగా అద్దం ద్వారా అందుకున్న కాంతి చాలా తగ్గిన తీవ్రతను కలిగి ఉంటుంది. ఏది ఏమైనప్పటికీ, స్వల్పంగా తప్పుడు అమరికలు గణనీయమైన ప్రతిబింబ నష్టాలను కలిగిస్తాయి మరియు ఫైబర్ ముగింపు కోణాలలో అదనపు ఫ్రెస్నెల్ ప్రతిబింబాలు వడపోత ప్రభావాలను ఉత్పత్తి చేయగలవు. కోణీయ క్లీవ్డ్ ఫైబర్ చివరలను ఉపయోగించడం ద్వారా రెండోది అణచివేయబడుతుంది, అయితే ఇది తరంగదైర్ఘ్యం-ఆధారిత నష్టాలను పరిచయం చేస్తుంది.

6. ఫైబర్ కప్లర్ మరియు పాసివ్ ఫైబర్‌లను ఉపయోగించి ఆప్టికల్ లూప్ రిఫ్లెక్టర్‌ను రూపొందించడం కూడా సాధ్యమే.

చాలా ఆప్టికల్ లేజర్‌లు ఒకటి లేదా అంతకంటే ఎక్కువ ఫైబర్-కపుల్డ్ సెమీకండక్టర్ లేజర్‌ల ద్వారా పంప్ చేయబడతాయి. పంప్ లైట్ నేరుగా ఫైబర్ కోర్‌లోకి లేదా అధిక శక్తితో పంప్ క్లాడింగ్‌లోకి జతచేయబడుతుంది (డబుల్ క్లాడ్ ఫైబర్‌లను చూడండి), ఇది క్రింద వివరంగా చర్చించబడుతుంది.

అనేక రకాల ఫైబర్ లేజర్‌లు ఉన్నాయి, వాటిలో కొన్ని క్రింద వివరించబడ్డాయి.

అనేక రకాల ఫైబర్ లేజర్‌లు ఉన్నాయి, వాటిలో కొన్ని క్రింద వివరించబడ్డాయి.

హై-పవర్ ఫైబర్ లేజర్స్

ప్రారంభంలో, ఫైబర్ లేజర్‌లు కొన్ని మిల్లీవాట్ల అవుట్‌పుట్ పవర్‌లను మాత్రమే సాధించగలిగాయి. నేడు, హై-పవర్ ఫైబర్ లేజర్‌లు అనేక వందల వాట్ల అవుట్‌పుట్ పవర్‌లను సాధించగలవు మరియు కొన్నిసార్లు సింగిల్-మోడ్ ఫైబర్‌ల నుండి అనేక కిలోవాట్‌లను కూడా సాధించగలవు. కారక నిష్పత్తి మరియు వేవ్‌గైడ్ ప్రభావాలను పెంచడం ద్వారా ఇది సాధించబడుతుంది, ఇది థర్మో-ఆప్టికల్ ప్రభావాలను నివారిస్తుంది.

మరిన్ని వివరాల కోసం ఎంట్రీ హై-పవర్ ఫైబర్ లేజర్‌లు మరియు యాంప్లిఫైయర్‌లను చూడండి.

అప్‌కన్వర్షన్ ఫైబర్ లేజర్‌లు

ఫైబర్ లేజర్‌లు అప్‌కన్వర్షన్ లేజర్‌లను గ్రహించడానికి ప్రత్యేకంగా సరిపోతాయి, ఇవి సాధారణంగా సాపేక్షంగా అరుదైన లేజర్ పరివర్తనలపై పనిచేస్తాయి మరియు చాలా ఎక్కువ పంపు తీవ్రతలు అవసరమవుతాయి. ఫైబర్ లేజర్‌లలో, అధిక పంపు తీవ్రతలను చాలా దూరం వరకు నిర్వహించవచ్చు, తద్వారా పొందిన లాభం సామర్థ్యం చాలా తక్కువ లాభంతో పరివర్తనలకు సులభంగా సాధించబడుతుంది.

చాలా సందర్భాలలో, సిలికా ఫైబర్‌లు అప్‌కన్వర్షన్ ఫైబర్ లేజర్‌లకు తగినవి కావు, ఎందుకంటే అప్‌కన్వర్షన్ మెకానిజమ్‌కు ఎలక్ట్రానిక్ ఎనర్జీ లెవెల్‌లో సుదీర్ఘ ఇంటర్మీడియట్ స్థితి జీవితకాలం అవసరం, ఇది సాధారణంగా అధిక ఫోనాన్ శక్తి కారణంగా సిలికా ఫైబర్‌లలో చాలా తక్కువగా ఉంటుంది (మల్టీఫోటాన్ పరివర్తనలను చూడండి). అందువల్ల, తక్కువ ఫోనాన్ శక్తితో ZBLAN (ఫ్లోరోజిర్కోనేట్) వంటి కొన్ని హెవీ మెటల్ ఫ్లోరైడ్ ఫైబర్‌లను సాధారణంగా ఉపయోగిస్తారు.

సాధారణంగా ఉపయోగించే అప్‌కన్వర్షన్ ఫైబర్ లేజర్‌లు బ్లూ లైట్ కోసం థోరియం-డోప్డ్ ఫైబర్‌లు, ఎరుపు, నారింజ, ఆకుపచ్చ లేదా బ్లూ లైట్ కోసం ప్రాసోడైమియం-డోప్డ్ లేజర్‌లు (కొన్నిసార్లు యెటర్‌బియంతో), మరియు ట్రైయోడ్ కోసం ఎర్బియం-డోప్డ్ లేజర్‌లు.

ఇరుకైన-లైన్‌విడ్త్ ఫైబర్ లేజర్‌లు

ఫైబర్ లేజర్‌లు ఒకే రేఖాంశ మోడ్‌లో (సింగిల్-ఫ్రీక్వెన్సీ లేజర్, సింగిల్-మోడ్ ఆపరేషన్‌ని చూడండి) కొన్ని కిలోహెర్ట్జ్ లేదా 1 kHz కంటే తక్కువ లైన్‌విడ్త్‌తో మాత్రమే పని చేయవచ్చు. దీర్ఘకాలిక స్థిరమైన సింగిల్-ఫ్రీక్వెన్సీ ఆపరేషన్ కోసం మరియు ఉష్ణోగ్రత స్థిరత్వాన్ని పరిగణనలోకి తీసుకున్న తర్వాత అదనపు అవసరాలు లేకుండా, లేజర్ కుహరం తక్కువగా ఉండాలి (ఉదా. 5 సెం.మీ.), అయితే కుహరం పొడవుగా ఉంటే, సూత్రప్రాయంగా, దశ శబ్దం తక్కువగా ఉంటుంది మరియు ఇరుకైనది లైన్ వెడల్పు. ఫైబర్ ఎండ్ ఒక నారోబ్యాండ్ ఫైబర్ బ్రాగ్ గ్రేటింగ్‌ను కలిగి ఉంటుంది (పంపిణీ చేయబడిన బ్రాగ్ రిఫ్లెక్టర్ లేజర్, DBR ఫైబర్ లేజర్ చూడండి) కుహరం మోడ్‌ను ఎంచుకోవడానికి. అవుట్‌పుట్ పవర్ సాధారణంగా కొన్ని మిల్లీవాట్ల నుండి పదుల మిల్లీవాట్ల వరకు ఉంటుంది మరియు 1 W వరకు అవుట్‌పుట్ పవర్‌లతో సింగిల్-ఫ్రీక్వెన్సీ ఫైబర్ లేజర్‌లు కూడా అందుబాటులో ఉన్నాయి.

ఒక విపరీతమైన రూపం పంపిణీ చేయబడిన ఫీడ్‌బ్యాక్ లేజర్ (DFB లేజర్), ఇక్కడ మొత్తం లేజర్ కుహరం ఫైబర్ బ్రాగ్ గ్రేటింగ్‌లో ఒక దశ మార్పుతో ఉంటుంది. ఇక్కడ కుహరం చాలా తక్కువగా ఉంటుంది, ఇది అవుట్‌పుట్ పవర్ మరియు లైన్‌విడ్త్‌ను త్యాగం చేస్తుంది, అయితే సింగిల్-ఫ్రీక్వెన్సీ ఆపరేషన్ చాలా స్థిరంగా ఉంటుంది.

ఫైబర్ యాంప్లిఫైయర్‌లను కూడా అధిక శక్తులకు మరింత విస్తరించేందుకు ఉపయోగించవచ్చు.

Q-స్విచ్డ్ ఫైబర్ లేజర్స్

ఫైబర్ లేజర్‌లు వివిధ క్రియాశీల లేదా నిష్క్రియ Q స్విచ్‌లను ఉపయోగించి పదుల నుండి వందల నానోసెకన్ల వరకు పొడవుతో పల్స్‌లను ఉత్పత్తి చేయగలవు. పెద్ద మోడ్ ఏరియా ఫైబర్‌లతో కొన్ని మిల్లీజౌల్స్ యొక్క పల్స్ ఎనర్జీలను సాధించవచ్చు మరియు తీవ్రమైన సందర్భాల్లో పదుల మిల్లీజౌల్‌లను చేరుకోవచ్చు, సంతృప్త శక్తి (పెద్ద మోడ్ ఏరియా ఫైబర్‌లతో కూడా) మరియు డ్యామేజ్ థ్రెషోల్డ్ (తక్కువ పప్పులకు ఎక్కువగా ఉంటుంది). అన్ని ఫైబర్ పరికరాలు (ఫ్రీ-స్పేస్ ఆప్టిక్స్ మినహా) పల్స్ శక్తిలో పరిమితం చేయబడ్డాయి, ఎందుకంటే అవి సాధారణంగా పెద్ద మోడ్ ఏరియా ఫైబర్‌లను మరియు ప్రభావవంతమైన Q స్విచింగ్‌ను అమలు చేయలేవు.

అధిక లేజర్ లాభం కారణంగా, ఫైబర్ లేజర్‌లలో క్యూ-స్విచింగ్ అనేది బల్క్ లేజర్‌ల నుండి ప్రకృతిలో చాలా భిన్నంగా ఉంటుంది మరియు మరింత క్లిష్టంగా ఉంటుంది. టైమ్ డొమైన్‌లో సాధారణంగా బహుళ స్పైక్‌లు ఉంటాయి మరియు రెసొనేటర్ రౌండ్-ట్రిప్ సమయం కంటే తక్కువ పొడవుతో Q-స్విచ్డ్ పల్స్‌లను ఉత్పత్తి చేయడం కూడా సాధ్యమవుతుంది.

మోడ్-లాక్ చేయబడిన ఫైబర్ లేజర్‌లు పికోసెకండ్ లేదా ఫెమ్టోసెకండ్ పప్పులను ఉత్పత్తి చేయడానికి మరింత సంక్లిష్టమైన రెసొనేటర్‌లను (అల్ట్రాషార్ట్ ఫైబర్ లేజర్‌లు) ఉపయోగిస్తాయి. ఇక్కడ, లేజర్ రెసొనేటర్ క్రియాశీల మాడ్యులేటర్ లేదా కొన్ని సంతృప్త శోషకాలను కలిగి ఉంటుంది. నాన్ లీనియర్ పోలరైజేషన్ రొటేషన్ ఎఫెక్ట్స్ ద్వారా లేదా నాన్ లీనియర్ ఫైబర్ లూప్ మిర్రర్‌ని ఉపయోగించడం ద్వారా సంతృప్త శోషకాలను గ్రహించవచ్చు. నాన్ లీనియర్ లూప్ మిర్రర్‌లను ఉపయోగించవచ్చు, ఉదాహరణకు, మూర్తి 8లోని "ఫిగర్-ఆఫ్-ఎయిట్ లేజర్"లో, ఎడమవైపు ప్రధాన రెసొనేటర్ మరియు రౌండ్-ట్రిప్ అల్ట్రాషార్ట్ పల్స్‌లను విస్తరించడం, ఆకృతి చేయడం మరియు స్థిరీకరించడం కోసం నాన్‌లీనియర్ ఫైబర్ రింగ్ ఉంటాయి. ముఖ్యంగా హార్మోనిక్ మోడ్ లాకింగ్‌లో, ఆప్టికల్ ఫిల్టర్‌లుగా ఉపయోగించే సబ్‌కావిటీస్ వంటి అదనపు పరికరాలు అవసరం.