ధ్రువణ ఫైబర్ సంకుచిత-లైన్‌విడ్త్ లేజర్ యొక్క ఆప్టికల్ మార్గ రూపకల్పన

ధ్రువణ ఫైబర్ యొక్క ఆప్టికల్ మార్గం రూపకల్పననారో-లైన్‌విడ్త్ లేజర్

1. అవలోకనం

1018 nm ధ్రువణ ఫైబర్ సంకుచిత-లైన్‌విడ్త్ లేజర్. దీని పని చేసే తరంగదైర్ఘ్యం 1018 nm, లేజర్ అవుట్‌పుట్ పవర్ 104 W, 3 dB మరియు 20 dB స్పెక్ట్రల్ వెడల్పులు వరుసగా ~21 GHz మరియు ~72 GHz, ధ్రువణ విలుప్త నిష్పత్తి >17.5 dB, మరియు బీమ్ నాణ్యత అధికంగా ఉంటుంది (2 x M – 1.62 మరియు 2 y M).లేజర్ వ్యవస్థ79% (∼1.63) వాలు సామర్థ్యంతో.

2. ఆప్టికల్ మార్గం వివరణ

ఒకధ్రువణ ఫైబర్ సంకుచిత-లైన్‌విడ్త్ లేజర్లీనియర్లీ పోలరైజ్డ్ ఫైబర్ లేజర్ ఆసిలేటర్, ఒక జత పోలరైజేషన్-మెయింటెయినింగ్ ఫైబర్ గ్రేటింగ్‌లు మరియు గెయిన్ మీడియంగా 1.5-మీటర్ల పొడవు గల 10/125 μm యటెర్బియం-డోప్డ్ డబుల్-క్లాడ్ పోలరైజేషన్-మెయింటెయినింగ్ ఫైబర్‌తో కూడి ఉంటుంది. 976 nm వద్ద ఈ ఆప్టికల్ ఫైబర్ యొక్క శోషణ గుణకం 5 dB/m. ఈ లేజర్ ఆసిలేటర్‌కు 976 nm వేవ్‌లెంగ్త్-లాక్డ్ ద్వారా పంపింగ్ చేయబడుతుంది.సెమీకండక్టర్ లేజర్ధ్రువణతను నిలుపుకునే (1+1)×1 బీమ్ కంబైనర్ ద్వారా 27 W గరిష్ట శక్తితో. అధిక పరావర్తన గ్రేటింగ్ 99% కంటే ఎక్కువ పరావర్తన సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు 3 dB పరావర్తన బ్యాండ్‌విడ్త్ సుమారుగా 0.22 nm ఉంటుంది. గ్రేటింగ్ యొక్క తక్కువ పరావర్తన సామర్థ్యం 40% మరియు 3 dB పరావర్తన బ్యాండ్‌విడ్త్ సుమారుగా 0.216 nm ఉంటుంది. రెండు గ్రేటింగ్‌ల యొక్క కేంద్ర పరావర్తన తరంగదైర్ఘ్యాలు 1018 nm వద్ద ఉన్నాయి. లేజర్ రెసొనేటర్ యొక్క అవుట్‌పుట్ శక్తిని మరియు ASE అణచివేత నిష్పత్తిని సమతుల్యం చేయడానికి, గ్రేటింగ్ యొక్క తక్కువ పరావర్తన సామర్థ్యం 40%కి ఆప్టిమైజ్ చేయబడింది. అధిక-పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క టెయిల్ ఫైబర్ గెయిన్ ఫైబర్‌కు ఫ్యూజ్ చేయబడింది, అయితే తక్కువ-పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క టెయిల్ ఫైబర్ 90° తిప్పబడి క్లాడింగ్ ఫిల్టర్ యొక్క టెయిల్ ఫైబర్‌కు ఫ్యూజ్ చేయబడింది. అందువల్ల, అధిక-పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క ఫాస్ట్-యాక్సిస్ పరావర్తన తరంగదైర్ఘ్యం యొక్క శిఖర స్థానం, తక్కువ-పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క స్లో-యాక్సిస్ పరావర్తన తరంగదైర్ఘ్యం యొక్క శిఖర స్థానంతో సరిపోలుతుంది. ఈ విధంగా, రెసొనెంట్ కావిటీలో ఒకే ఒక పోలరైజ్డ్ లేజర్ మాత్రమే డోలనం చెందగలదు. ఆప్టికల్ ఫైబర్ క్లాడింగ్‌లో మిగిలి ఉన్న పంప్ లైట్, రెసొనెంట్ కావిటీలో విలీనం చేయబడిన స్వయంగా తయారు చేసిన క్లాడింగ్ ఫిల్టర్ ద్వారా వడపోత చేయబడుతుంది, మరియు ఎండ్ ఫేస్ ఫీడ్‌బ్యాక్ మరియు పారాసిటిక్ డోలనాన్ని నివారించడానికి అవుట్‌పుట్ పిగ్‌టెయిల్ 8° కోణంలో వాలుగా ఉంటుంది.

3. నేపథ్య జ్ఞానం

రేఖీయ ధ్రువణ ఫైబర్ లేజర్‌ల ఉత్పత్తి విధానం: ప్రతిబల ద్వివక్రీభవనం కారణంగా, బేరిపండు ఆకారంలో ఉండే ధ్రువణ-నిర్వహణ ఫైబర్‌కు రెండు లంబ ధ్రువణ అక్షాలు ఉంటాయి, వీటిని ఫాస్ట్ యాక్సిస్ మరియు స్లో యాక్సిస్ అని పిలుస్తారు. సాధారణంగా, ఫాస్ట్ యాక్సిస్ కంటే స్లో యాక్సిస్ యొక్క వక్రీభవన సూచిక ఎక్కువగా ఉన్నందున, ధ్రువణ-నిర్వహణ ఫైబర్‌పై వ్రాయబడిన గ్రేటింగ్‌కు రెండు వేర్వేరు కేంద్ర తరంగదైర్ఘ్యాలు ఉంటాయి. రేఖీయ ధ్రువణ ఫైబర్ లేజర్ యొక్క రెసొనెంట్ కావిటీ సాధారణంగా రెండు ధ్రువణ-నిర్వహణ గ్రేటింగ్‌లతో కూడి ఉంటుంది. ఫాస్ట్ యాక్సిస్ మరియు స్లో యాక్సిస్‌పై ఉన్న తక్కువ-ప్రతిబింబ గ్రేటింగ్ మరియు అధిక-ప్రతిబింబ గ్రేటింగ్‌ల తరంగదైర్ఘ్యాలు వరుసగా ఒకదానికొకటి అనుగుణంగా ఉంటాయి. ధ్రువణ-నిర్వహణ గ్రేటింగ్ యొక్క ప్రతిబింబ బ్యాండ్‌విడ్త్ తగినంత ఇరుకైనప్పుడు, ఫాస్ట్ యాక్సిస్ మరియు స్లో యాక్సిస్ దిశలలోని ప్రసార వర్ణపటాలను వేరు చేయవచ్చు మరియు రెండు తరంగదైర్ఘ్యాలు రెసొనెంట్ కావిటీ లోపల కంపించగలవు. ధ్రువణాన్ని నిలుపుకునే గ్రేటింగ్ యొక్క ద్వంద్వ-తరంగదైర్ఘ్య డోలనా సూత్రం ప్రకారం, ప్రయోగంలో దీనిని సాధించడానికి సమాంతర వెల్డింగ్ పద్ధతిని అవలంబించవచ్చు. వెల్డింగ్ సమయంలో, రెండు గ్రేటింగ్‌ల యొక్క ధ్రువణాన్ని నిలుపుకునే అక్షాలు ఒకే సరళరేఖపైకి వస్తాయి. ఈ విధంగా, అధిక-ప్రతిబింబ గ్రేటింగ్ యొక్క రెండు ప్రసార శిఖరాలు అల్ప-ప్రతిబింబ గ్రేటింగ్ యొక్క శిఖరాలకు అనుగుణంగా ఉంటాయి, తద్వారా ద్వంద్వ-తరంగదైర్ఘ్య లేజర్ అవుట్‌పుట్‌ను సాధించవచ్చు.

వాస్తవ లేజర్ ధ్రువణ-నిర్వహణ వ్యవస్థలలో, రేఖీయ ధ్రువణ లేజర్‌ల యొక్క అవుట్‌పుట్ లక్షణాలను మూల్యాంకనం చేయడానికి రేఖీయ వక్రత ఒక ముఖ్యమైన సూచిక. సాధారణంగా, అధిక-పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క పీరియడ్, తక్కువ-పరావర్తన గ్రేటింగ్ కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. అధిక PER విలువతో రేఖీయ ధ్రువణ లేజర్‌ను సాధించడానికి, కేవలం ఒక ధ్రువణ శిఖరం మాత్రమే కంపించవలసి ఉంటుంది. తక్కువ-పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క వేగవంతమైన అక్షం, అధిక-పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క నెమ్మది అక్షం వెంబడి ఉన్నప్పుడు, తక్కువ-పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క వేగవంతమైన అక్షం దిశలోని కేంద్ర తరంగదైర్ఘ్యం, అధిక-పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క నెమ్మది అక్షం దిశలోని కేంద్ర తరంగదైర్ఘ్యానికి అనుగుణంగా ఉంటుంది, అయితే తక్కువ-పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క నెమ్మది అక్షం దిశలోని ప్రసార శిఖరం, అధిక-పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క వేగవంతమైన అక్షం దిశలోని ప్రసార శిఖరానికి అనుగుణంగా ఉండదు. ఈ విధంగా, ఒక ప్రసార శిఖరాన్ని కంపింపజేయవచ్చు. అదేవిధంగా, తక్కువ-పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క నెమ్మదైన అక్షం, అధిక-పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క వేగవంతమైన అక్షం వెంబడి ఉన్నప్పుడు, తక్కువ-పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క నెమ్మదైన అక్షం యొక్క కేంద్ర తరంగదైర్ఘ్యం, అధిక-పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క వేగవంతమైన అక్షం యొక్క కేంద్ర తరంగదైర్ఘ్యానికి అనుగుణంగా ఉంటుంది, అయితే తక్కువ-పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క వేగవంతమైన అక్షం యొక్క ప్రసార శిఖరం, అధిక-పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క నెమ్మదైన అక్షం యొక్క ప్రసార శిఖరానికి అనుగుణంగా ఉండదు. ఈ విధంగా, ఒక ప్రసార శిఖరాన్ని కూడా కంపించేలా చేయవచ్చు. పైన పేర్కొన్న రెండు పద్ధతుల ద్వారా సరళ ధ్రువణ లేజర్ అవుట్‌పుట్‌ను సాధించవచ్చు. ధ్రువణాన్ని నిలుపుకునే గ్రేటింగ్ యొక్క ఏక-తరంగదైర్ఘ్య సరళ ధ్రువణ లేజర్ డోలనం సూత్రం ప్రకారం, ప్రయోగంలో దీనిని సాధించడానికి ఆర్థోగోనల్ స్ప్లైసింగ్ పద్ధతిని అవలంబించవచ్చు. అధిక పరావర్తన గ్రేటింగ్ మరియు అల్ప పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క ధ్రువణాన్ని నిలుపుకునే అక్షాల సంధాన కోణం 90°గా ఉన్నప్పుడు, అధిక పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క నెమ్మదైన అక్షం దిశలోని ప్రసార గరిష్ఠం, అల్ప పరావర్తన గ్రేటింగ్ యొక్క వేగవంతమైన అక్షం దిశలోని ప్రసార గరిష్ఠానికి అనుగుణంగా ఉంటుంది, తద్వారా ఏక-తరంగదైర్ఘ్యం గల సరళ ధ్రువణ ఫైబర్ లేజర్ యొక్క అవుట్‌పుట్‌ను సాధించవచ్చు.