Большая часть людей воспринимает слово "оптоволокно" как один из обязательных атрибутов высокоскоростного интернета. Действительно, используя оптические волокна для передачи света, интернет-провайдеры обеспечивают быструю и надежную передачу данных. Однако, волоконные лазеры не просто передают уже существующее излучение, а генерируют его. В этой статье мы расскажем, как работают волоконные лазеры.
ОСНОВЫ
Генерация
В центре любого оптического волокна находится сердцевина, в которой свет удерживается благодаря полному внутреннему отражению. В случае волоконных лазеров сердцевина обычно производится из кварцевого стекла с примесями в виде атомов редкоземельных элементов. Но перед генерацией лазерного излучения примесным атомам необходимо накопить энергию при помощи оптической накачки.
Накачка
Диодные лазеры и лазеры на углекислом газе используют электрическую накачку. Это означает, что для возбуждения атомов через лазерную среду пропускают электрический ток. Отличие принципа оптической накачки заключается в том, что в качестве источника энергии используется лазерное излучение, а не электричество. В некотором смысле это означает, что волоконные лазеры накачиваются лазером. Как только атомы редкоземельных элементов возбуждаются лазером накачки, они готовы к стимулированному излучению и дальнейшему увеличению энергии лазерной системы.
УВЕЛИЧЕНИЕ МОЩНОСТИ
Раньше применение волоконных лазеров означало выбор между качеством луча и высокой мощностью. Это связано с принципом работы одномодовых и многомодовых волокон. Разницу между одномодовым и многомодовым режимом распространения излучения можно наглядно продемонстрировать на примере вибрации металлической пластины под воздействием звука.
Одномодовые волоконные лазеры распространяют только одну моду света. Подобный сигнал отличается высоким качеством, но налагает строгие требования к источнику накачки. Таким образом, высокая мощность не может быть достигнута. С многомодовыми лазерами все наоборот: они могут быть легко объединены с мощными лазерами накачки, но результирующий профиль интенсивности состоит из множества мод, что негативно сказывается на качестве лазерного луча.
РЕШЕНИЕ
Ключом к достижению высокой мощности без ущерба для качества луча является использование волокна с двойной оболочкой. При таком дизайне оболочка пассивного многомодового волокна окружает одномодовую сердцевину , легированную редкоземельными элементами. Таким образом, оболочка может передавать мощный свет накачки в различных модах, которые будут перекрываться с модой сердцевины, обеспечивая передачу энергии.
ПРЕИМУЩЕСТВА ВОЛОКОННЫХ ЛАЗЕРОВ
- Удобство: волоконные лазеры компактнее других лазеров эквивалентной мощности, а сам лазер находится в гибком волокне, что облегчает доставку луча.
- Высокая мощность: большее усиление мощности достигается за счет распространения усиливающей среды на большие расстояния. Большая поверхность волокна также облегчает отвод тепла.
- Высокое качество луча: даже при наличии внешних помех, таких как тепловые флуктуации и вибрация, волоконные лазеры генерируют луч высокого качества.
