సింగిల్-మోడ్ ఫైబర్ లేజర్‌ల ప్రాథమిక సూత్రం

ప్రాథమిక సూత్రంసింగిల్-మోడ్ ఫైబర్ లేజర్లు

లేజర్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి మూడు ప్రాథమిక పరిస్థితులు అవసరం: పాపులేషన్ ఇన్వర్షన్, తగిన రెసొనెంట్ కావిటీ, మరియు చేరుకోవడంలేజర్థ్రెషోల్డ్ (రెసొనెంట్ కావిటీలో కాంతి లాభం నష్టం కంటే ఎక్కువగా ఉండాలి). సింగిల్-మోడ్ ఫైబర్ లేజర్‌ల పని విధానం కచ్చితంగా ఈ ప్రాథమిక భౌతిక సూత్రాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది మరియు ఫైబర్ వేవ్‌గైడ్‌ల ప్రత్యేక నిర్మాణం ద్వారా పనితీరు ఆప్టిమైజేషన్‌ను సాధిస్తుంది.

లేజర్‌ల ఉత్పత్తికి ప్రేరిత వికిరణం మరియు పాపులేషన్ ఇన్వర్షన్ అనేవి భౌతిక ఆధారాలు. పంప్ సోర్స్ (సాధారణంగా ఒక సెమీకండక్టర్ లేజర్ డయోడ్) ద్వారా వెలువడిన కాంతి శక్తిని, యెట్టర్బియం Yb³⁺, ఎర్బియం Er³⁺ వంటి రేర్ ఎర్త్ అయాన్‌లతో డోప్ చేయబడిన గెయిన్ ఫైబర్‌లోకి ప్రవేశపెట్టినప్పుడు, ఆ రేర్ ఎర్త్ అయాన్లు శక్తిని గ్రహించి, గ్రౌండ్ స్టేట్ నుండి ఎక్సైటెడ్ స్టేట్‌కు పరివర్తనం చెందుతాయి. ఎక్సైటెడ్ స్టేట్‌లోని అయాన్ల సంఖ్య గ్రౌండ్ స్టేట్‌లోని అయాన్ల సంఖ్యను మించినప్పుడు, ఒక పాపులేషన్ ఇన్వర్షన్ స్టేట్ ఏర్పడుతుంది. ఈ సమయంలో, పతనమైన ఫోటాన్, ఎక్సైటెడ్-స్టేట్ అయాన్ యొక్క ప్రేరిత వికిరణాన్ని ప్రేరేపిస్తుంది. ఇది పతనమైన ఫోటాన్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ, ఫేజ్ మరియు దిశలోనే కొత్త ఫోటాన్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, తద్వారా ఆప్టికల్ యాంప్లిఫికేషన్ సాధించబడుతుంది.

సింగిల్-మోడ్ యొక్క ప్రధాన లక్షణంఫైబర్ లేజర్లువాటి అత్యంత సూక్ష్మమైన కోర్ వ్యాసంలో (సాధారణంగా 8-14μm) ఈ ప్రత్యేకత ఉంది. తరంగ దృశాశాస్త్ర సిద్ధాంతం ప్రకారం, ఇంత సూక్ష్మమైన కోర్ ఒకే ఒక్క విద్యుదయస్కాంత క్షేత్ర మోడ్‌ను (అంటే, ప్రాథమిక మోడ్ LP₀₁ లేదా HE₁₁ మోడ్) మాత్రమే స్థిరంగా ప్రసారం చేయడానికి అనుమతిస్తుంది, అంటే, సింగిల్ మోడ్‌ను మాత్రమే. ఇది మల్టీమోడ్ ఫైబర్‌లలో ఉండే ఇంటర్‌మోడల్ డిస్పర్షన్ సమస్యను, అంటే, విభిన్న మోడ్‌లు విభిన్న వేగాలతో ప్రసారం కావడం వల్ల కలిగే పల్స్ విస్తరణ దృగ్విషయాన్ని తొలగిస్తుంది. ప్రసార లక్షణాల దృక్కోణం నుండి చూస్తే, సింగిల్-మోడ్ ఆప్టికల్ ఫైబర్‌లలో అక్షీయ దిశలో ప్రసరించే కాంతి యొక్క మార్గ భేదం చాలా తక్కువగా ఉంటుంది, ఇది అవుట్‌పుట్ బీమ్‌కు పరిపూర్ణ ప్రాదేశిక సంబద్ధతను మరియు గాసియన్ శక్తి పంపిణీని కలిగిస్తుంది, మరియు బీమ్ క్వాలిటీ ఫ్యాక్టర్ M² 1కి దగ్గరగా ఉంటుంది (ఒక ఆదర్శ గాసియన్ బీమ్ కోసం M²=1).

ఫైబర్ లేజర్‌లు మూడవ తరం సాంకేతికతకు అత్యుత్తమ ప్రతినిధులు.లేజర్ టెక్నాలజీగెయిన్ మీడియంగా అరుదైన భూ మూలకాలతో డోప్ చేయబడిన గాజు ఫైబర్‌లను ఉపయోగించేవి. గత దశాబ్ద కాలంలో, సింగిల్-మోడ్ ఫైబర్ లేజర్‌లు వాటి విశిష్టమైన పనితీరు ప్రయోజనాల కారణంగా ప్రపంచ లేజర్ మార్కెట్‌లో అంతకంతకూ ముఖ్యమైన వాటాను ఆక్రమించాయి. మల్టీమోడ్ ఫైబర్ లేజర్‌లు లేదా సాంప్రదాయ సాలిడ్-స్టేట్ లేజర్‌లతో పోలిస్తే, సింగిల్-మోడ్ ఫైబర్ లేజర్‌లు 1కి దగ్గరగా ఉండే బీమ్ క్వాలిటీతో ఒక ఆదర్శవంతమైన గాస్సియన్ బీమ్‌ను ఉత్పత్తి చేయగలవు, అంటే ఆ బీమ్ దాదాపుగా సైద్ధాంతిక కనిష్ట విచలన కోణాన్ని మరియు కనిష్ట కేంద్రీకృత స్పాట్‌ను చేరుకోగలదు. ఈ లక్షణం, అధిక కచ్చితత్వం మరియు తక్కువ ఉష్ణ ప్రభావం అవసరమయ్యే ప్రాసెసింగ్ మరియు కొలత రంగాలలో దీనిని ప్రత్యామ్నాయం లేనిదిగా చేస్తుంది.