Abstract fiber lézer
-
bevezetés
- 1 története
- 2 működési elvei
- 2.1 Általános rendszer
- 2.2 Active Fiber
- 2.3 Pumping
- 2.4 rezonátorok mint például Fabry - Perot
- 2.4.1 rezonátorok dielektromos tükör
- 2.4.2 rezonátor segítségével fényvezető szálba írt Bragg rács
- Műszaki jellemzők 3
- 3.1 Odnopolyazizatsionnye lézerek
- 3.2 Up-konverzió
- 3.3 Raman lézerek
- 3.4 Fiber lézerek fotonikus kristályok
- 4. Alkalmazások
- 4.1 előnyei és hátrányai
- 4.2 alkalmazások
irodalom
Minden szál femtoszekundumos erbium lézer.
Fiber lézer - a lézer aktív közepes és esetleg a rezonátor alapuló optikai szál. Végrehajtása során az ilyen, mindent szál lézer all-szál, a kombinált alkalmazása szálak és egyéb elemek a lézeres tervezési nevezik szál diszkrét vagy hibrid.
1. Előzmények
2. Hogyan működik
2.1. általános sematikus
Tipikus fiber lézer (ábra. 1), és az erősítő (ábra. 2). M1 és M2 - Bragg tükrök, A - aktív szál D - szivattyúzás dióda.
Egy szál lézer tartalmaz egy szivattyút modul (általában szélessávú LED-ek vagy lézer diódák), a szál, amely akkor keletkezik, és a rezonátor. Az optikai hullámvezető, amelynek egy aktív anyagot (legirovannnoe optikai szál - a mag nélkül a héj, ellentétben a hagyományos optikai hullámvezetők) és a szivattyú hullámvezetők. [5] Az építőiparban a rezonátor közösen meghatározott műszaki feladat, lehetséges kiosztani néhány a leggyakoribb osztályok: típusú rezonátor Fabry - Perot és a gyűrű rezonátor. [6] Az ipari üzemekben növelésére kimeneti teljesítmény néha össze több lézer egy készüléken az ereje. [7]
2.2. aktív szál
Nagy átláthatóság kvarc - az alapanyagban optikai szál - telített feltételek az energia szintjét az atomok. Szennyeződések által bevezetett dopping, kvarc alakítjuk olyan abszorbeáló közegben. Felvette a hatalom a szivattyú sugárzás ilyen környezetben lehet létrehozni a megfordított állapotban a lakosság az energia szintje (azaz több, mint néhány nagy energiájú szint tele lesz több, mint a fő). Alapján a követelmények a rezonancia frekvencia (az infravörös tartományban a távközlési) és egy alacsony küszöbű szivattyú teljesítménye általában vypolyanyut adalékolásával ritkaföldfémek a csoport a lantanidák. Az egyik gyakori típusa a szál erbium, mellyel a lézer és erősítő rendszerek működési tartománya, amely abban rejlik tartományban 1530-1565 nm. Az erősítőket kell különböztetni a jel és a szivattyú jel így szivattyúzás végezzük magasabb frekvenciákon. Az utóbbi az oka annak, hagyományos kétszintű rendszer szivattyúzás szál erősítő nem használják. Ennek következtében a különböző valószínűségeket átmenet az alapállapotba a sublevels metastabil vagy hatékonyságának fokozása generáció eltérő különböző hullámhosszú az üzemi tartományban. [8]
2.3. szivattyúzás
Vannak különböző minták a szivattyú fényhullámvezeték, amelyek közül a leggyakoribb a tisztán szálas szerkezetek. Az egyik lehetőség az, hogy belsejében az aktív szál több héjából, a külső az egyik jelentése védőcsoport (az úgynevezett dupla-bevonatú szálak (Engl. Kettős öltözött rost)). Az első burkolat anyaga tiszta kvarcból átmérőjű több száz mikrométer, és a másik - egy polimer anyag, amelynek törésmutatója választjuk lényegesen kisebb, mint a kvarc. Így az első és a második többmódusú hullámvezető burkolat termel nagy keresztmetszetű, és a numerikus apertúrája, amelynél a szivattyú sugárzás indul. Hatékony gerjesztése ritka földfémek ionjait tartalmaz érjük el átmérőinek kiválasztásakor az aktív tetves kavicsos és a szivattyú hullámvezető. E technológia szerint kaphat egy kimenő teljesítménye mintegy 100 watt.
Laser szivattyúzás program alapján a szál kettős bevonattal
Két különböző típusú optikai szálak üvegszálas lézerek (nem méretarányos). Bal: hagyományos rendszerben egy szivattyúval hullámvezető szál kettős bevonattal (Engl kettős öltözött szál.). Jobbra: GTWave technológia szivattyúkörhöz két hullámvezető (például). 1. tetves kavicsos adalékolt ritkaföldfém ionok. 2. A szivattyú hullámvezető. 3. Közös shell. 4. A védőburkolat.
Nagy szivattyú teljesítménye érjük el GTWave technológia. Az egyik védő hüvelyt beágyazott tetves kavicsos több hullámvezetők, amelyek közül az egyik aktív közepes, a másik - a szivattyú-eltolódások. Szivattyúzási keresztül történik evaneszcens mező behatol az aktív közeg révén falakon. A jellemzője a technológia képes bemeneti szivattyú fényt mindkét vége a szivattyú hullámvezető és a hiányzó szükség van egy WDM-csatolók. [5], [9]
2.4. Resonators mint a Fabry - Perot
Resonators alapján Fabry - Perot, az egyik leggyakoribb. [10] A közöttük lévő különbségek a létrehozásának folyamatában a rezonátor tükrök.
2.4.1. A rezonátorok dielektromos tükör
Az első üvegszálas lézerek, hogy hozzon létre egy Fabry - Perot alkalmazott dielektromos tükör (Eng.) Orosz. köszönhetően, hogy képesek létrehozni szinte átlátszó a szivattyú hullámhossza 0,82 mikrométer, miközben magas reflexiós hullámhossz a 1,088 mikron (lézer paraméterek a következők voltak, ahol az alkalmazott rost adalékolt Nd 3+). Kezdetben a szálak között elhelyezett tükrök, de egy ilyen konstrukció volt nehéz beállítani. Részleges megoldást a problémára állt alkalmazása dielektrikumtükrökkel közvetlenül a végén a szálak, amelyek azonban növelte a károsodás kockázata, hogy a szivattyú erős fókuszált sugárzás, és húzza meg a követelményeknek feldolgozásához a végén a szálak. Tükrök védelem probléma néha alkalmazásával oldják meg WDM-csatoló. [6]
2.4.2. A rezonátor segítségével szál Bragg rácsok
A rezonátor az optikai szál létrehoz pár Bragg rács vnutrivolokonnyh - részei az optikai hullámvezető, amelyben létrejön egy olyan struktúra, modulált törésmutatójú. Területek a megváltozott törésmutató (stroke) vannak elrendezve tengelyére merőleges a hullámvezető. Reflection Az ilyen szerkezetek történik hullámhosszon
ahol neff - tényleges törésmutatója alapvető mód, lambda B - periódusú rácsok. Character reflexió (teljes vagy részleges), függ a paramétereit. A szélessége a reflexiós spektruma válik arányos együttható κ kapcsolatban számos stroke. befolyásoló reflexiós arány
ahol L - hosszúság a rács. A gyakorlatban létrehozott belsejében a fényvezető szálba írt Bragg számos egyéb paraméterek, mint a nagyon létrehozását megváltoztatja a tényleges törésmutatója át a helyét a rács, és így a rezonancia hullámhossz magát. A vnutrivolokonnyh rácsok veszélyesek magas hőmérséklet. Bár általában, a pusztítás a rács hőmérséklete alapvetően függ a módszer annak létrehozását és rost anyagok, gyakran kritikus hőmérsékleten tartományba esnek 300-600 ° C-on [5] [11] A szelektivitás a gyakorisága Bragg rács lehetővé teszi, hogy megkapjuk a lézer működő egyetlen hosszanti módban egy keskeny frekvenciasáv keletkezik. [12]
A Raman üvegszálas lézerek olykor több mint egy pár Bragg rács a különböző hullámhosszokon eléréséhez magasabb rendű szóródás (mindegyik következő sorrendben szórási megváltoztatja a hullámhossz a fotonok, hogy elérje a kívánt hullámhossz). [5]
3. Műszaki jellemzők
3.1. Odnopolyazizatsionnye lézerek
Még egy egymódusú, van-e kapcsolat a közlekedési módok közötti szoros terjedési állandók és ortogonális polarizáció. A száloptikai kommunikációs vonalak egy limitáló faktor áteresztőképességet és hossza, mert előnyös, hogy megőrizze a polarizáció a szaporítását az impulzus révén a rost. [13]
A polarizációs fiber lézer sugárzás általában sok tényezőtől függ, különösen a szivattyú teljesítménye, és nem lineáris. Egy gyakran alkalmazott módszer szuppresszálására egyik ortogonális polyazatsy az alkalmazás vnutrivolokonnogo polarizátor. A szerepe teljesít bizonyos fém menetes szakasz (például formájában latin betűk D), beépített rost és feszített mentén tetves kavicsos. Ez okozza ohmos veszteségek a polarizáció merőleges a fonalat felületre. Ahhoz, hogy hozzon létre egy másik fajta szálat polarizátor, alapján az azonos fizikai elv, az optikai szál úgy dolgozzuk fel, hogy a távolság a hullámhossz sorrendben tetves kavicsos polírozott felület van kialakítva, amely a letétbe helyezett egy réteg a fém. Kísérleti vizsgálatok leírt bemutatott szerkezetekkel polarizációval különbség amplitúdók akár 25 dB-lel az infravörös tartományban, kimeneti teljesítménye több milliwatt, és hatékonysága mintegy 25%. [14]
Egy alapvetően különböző megközelítés szerint az optikai szálak erős kettős törés módokat. Ez a rost, amelyben a mesterségesen létrehozott terjedési fénycsatorna aszimmetria, például létrehozásával elliptikus tetves kavicsos vagy oldalsó bemélyedések, ami a mechanikai feszültségek a szál egy bizonyos irányba. Ezekben módok különböző polarizáció különböző terjedési állandók. Generálása szükséges polarizáció eléréséhez vnutrivolokonnyh segítségével Bragg rácsok, amelyben a reflexiós tényező függ a polarizáció a Fabry - Perot interferométer. [13] [14]
3.2. Up-konverzió
Up-konverzió (up-konverzió) említett lézerek, amelyben a hullámhossz kisebb, mint a pumpáló hullámhossz (a legtöbb hagyományos lézerek által pumpált a fényt, az ellenkező helyzet áll elő). Up-konverzió szivattyúzó rendszer felszívódását több fotonok aktív közeg, ahol is az energia az átmeneti C véges energiájú szintje magasabb, mint az energia az egyes foton felszívódik. Az üvegszálas lézerek alkalmazása gyakran kell használni flyuoridnyh rostok (ZBLAN). Up-konverziót használjuk tuliy-, erbiy- és prazeodímium / itterbium ötvözött lézerek. [15] Meg kell jegyezni, hogy minden egyes energia szint az ion használt generálására kiszélesedett való kölcsönhatás miatt a mátrix. Up-átalakítás jelentős érdeklődés, mert lehetővé teszi, hogy a lézerek működő kék tartományában a spektrum, ha a szivattyú a piros vagy infravörös tartományban. [16]
Tipikus szivattyúzási túlium aktív szál áramkör (aktív centrumok Tm 3+ ionok) három-foton felszívódását fotonok 1,06 átmeneteket ,. Köztes átmenetek pihenést. Az eredmény a generációs intenzív sugárzás hullámhossza 475 nm az átmenetnél. Két-foton felszívódását fotonok hullámhossza 660 nm vezet a konverzió, és majd 460 nm-es foton sugárzás. [17] [16]
Praseodymium jelentős érdeklődésre tart számot, mint egy működő ion felkonvertálásakor rendszer szálak adalékolt velük lehetővé teszi számunkra, hogy létrehoz piros, narancs, zöld és kék színben. Gyakran alkalmazott további adalékolási a itterbium, köszönhetően a nagyon széles abszorpciós sáv, amely abban rejlik, a tartományban erőteljes GaAs diódák. Yt 3+ ionok szolgálnak érzékenyítők (részecskék közötti erőátvitel a különböző szintek az ionok szolgáló generáció). [18]
3.3. Raman lézerek
Üvegszálas lézerek lehet létrehozni alapján az aktív optikai szál - szilícium-dioxid szál adalékolt ritka földfémek (itterbium, erbium, neodímium, túlium, holmium és mások), vagy egy passzív szál alkalmazásával a hatását stimulált Raman-szórás. Az utóbbi esetben, az optikai hullámvezető képez rezonátort kombinálva Bragg rácsokkal törésmutatójú, „írt” a rost. Az ilyen lézerek úgynevezett Raman üvegszálas lézerek.
A szál lézer igen hosszú lehet szerezni nagy kimenő teljesítményt. A modern üvegszálas lézerek kilowatt energiát használunk a vegyület egy több egyedi optikai szálak egyetlen optikai szál hegesztéssel „halszálkás”. Nagy elosztott szál felülete hatékonyan hűteni az aktív eleme a lézer.
A lézersugárzás terjed belsejében az optikai szál, és a szál lézer rezonátor, így nem igényel beállítást. Ez a körülmény vezetett a gyors fejlődés a lézerek ilyen típusú, azonban a viszonylagos egyszerűsége a lézer rezonátorok gyakran nem teszi lehetővé, hogy észre az ilyen opciók vagy módok sugárzás változások érhetők el a diszkrét lézerek (térfogat) az optikai elemek.
A szál lézer állíthatjuk elő, mint egy egyetlen frekvenciával generációs, és a generációs ultrarövid (femtoszekundumos, pikoszekundumos) optikai impulzusok.
3.4. Fiber lézerek fotonikus kristályok
Növelése kimeneti teljesítmény és a numerikus apertúra vezérlés érhető el az optikai szálak számára fotonikus kristályok. [19] [20] [21]
4. A kérelmeket
Vágó gép fém Cincinnati CL-920 (2 kW, itterbium-fiber lézer)
4.1. Előnyök és hátrányok
Az előnyök a üvegszálas lézerek hagyományosan hordoznak jelentős aránya az üreg terület térfogatának, hogy egy nagy hűtési hőálló szilícium és kis mérete az ilyen osztályba tartozó eszközökre teljesítmény követelmények és a minőség. A lézersugár, általában szükség van, hogy egy optikai szál a későbbi felhasználásra a szakmában. Lézerek más kivitelű, amely speciális optikai kollimációra rendszerek és teszi a készülék érzékeny a rezgésekre. A szál lézersugárzás keletkezik közvetlenül a rost, és van egy nagy optikai minőségű. A hátránya az ilyen típusú lézeres annak a veszélye, a nem-lineáris hatások miatt nagy sűrűségű, a sugárzás a szál viszonylag kicsi, és a kimeneti impulzus energia, mivel a kis térfogatú aktív anyag. [22] [23]
4.2. Alkalmazási területek
Összehasonlítva más lézer tervek üvegszálas lézerek ilyen fontos előnye a gyakorlati használat, mint egy egyszerű kapacitásnövekedés hatékony hűtést, nagy megbízhatóság, alacsony fenntartási költségek.
Árnyoldala is lehet nevezni a viszonylag nagy mérete és bonyolultsága gyártás.
A fő alkalmazási üvegszálas lézerek - vágás „nehéz” anyagok (fémek, műanyagok, fa).
Többek között alkalmazások:
- Vágó félvezető lapka be az egyes kristályok.
- Az orvostudományban, mint lézerszike, coalescers (a boncolás és eltávolítását, a lágy szövetek, a hemosztázist általában, kozmetikai, nőgyógyászati, ENT, endo, laparoszkópos sebészeti és más területeken).
- A száloptikai adatátviteli.
Ez adatátviteli módszer elengedhetetlen a nagy sebességű adatátvitel hosszú távokon. Száloptikai kábeleket használnak az internet és a kábeltévé, a házak között a városokban (a levegőben, vagy a föld alatt), és a kontinensek közötti kapcsolatok (páncélozott tengeralattjáró kábelfektetés erősítővel ellátott) [25].