സിംഗിൾ-മോഡ് ഫൈബർ ലേസറുകളുടെ അടിസ്ഥാന തത്വം

അടിസ്ഥാന തത്വംസിംഗിൾ-മോഡ് ഫൈബർ ലേസറുകൾ

ലേസർ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് മൂന്ന് അടിസ്ഥാന വ്യവസ്ഥകൾ പാലിക്കേണ്ടതുണ്ട്: പോപ്പുലേഷൻ ഇൻവേർഷൻ, ഉചിതമായ റെസൊണന്റ് കാവിറ്റി,ലേസർപരിധി (പ്രതിധ്വന അറയിലെ പ്രകാശത്തിന്റെ നേട്ടം നഷ്ടത്തേക്കാൾ കൂടുതലായിരിക്കണം). സിംഗിൾ-മോഡ് ഫൈബർ ലേസറുകളുടെ പ്രവർത്തന സംവിധാനം ഈ അടിസ്ഥാന ഭൗതിക തത്വങ്ങളെ കൃത്യമായി അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ് കൂടാതെ ഫൈബർ വേവ്ഗൈഡുകളുടെ പ്രത്യേക ഘടനയിലൂടെ പ്രകടന ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ കൈവരിക്കുന്നു.

ലേസറുകളുടെ ഉത്പാദനത്തിനുള്ള ഭൗതിക അടിസ്ഥാനം ഉത്തേജിത വികിരണവും പോപ്പുലേഷൻ ഇൻവേർഷനുമാണ്. പമ്പ് സ്രോതസ്സ് (സാധാരണയായി ഒരു സെമികണ്ടക്ടർ ലേസർ ഡയോഡ്) പുറപ്പെടുവിക്കുന്ന പ്രകാശ ഊർജ്ജം അപൂർവ എർത്ത് അയോണുകൾ (യെറ്റർബിയം Yb³⁺, എർബിയം Er³⁺ പോലുള്ളവ) ഉപയോഗിച്ച് ഡോപ്പ് ചെയ്ത ഗെയിൻ ഫൈബറിലേക്ക് കുത്തിവയ്ക്കുമ്പോൾ, അപൂർവ എർത്ത് അയോണുകൾ ഊർജ്ജം ആഗിരണം ചെയ്യുകയും ഗ്രൗണ്ട് സ്റ്റേറ്റിൽ നിന്ന് എക്സൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റിലേക്ക് മാറുകയും ചെയ്യുന്നു. ഉത്തേജിത അവസ്ഥയിലുള്ള അയോണുകളുടെ എണ്ണം ഗ്രൗണ്ട് സ്റ്റേറ്റിലുള്ളതിനേക്കാൾ കൂടുതലാകുമ്പോൾ, ഒരു പോപ്പുലേഷൻ ഇൻവേർഷൻ അവസ്ഥ രൂപപ്പെടുന്നു. ഈ ഘട്ടത്തിൽ, ഇൻകേസിഡന്റ് ഫോട്ടോൺ ഉത്തേജിത-സ്റ്റേറ്റ് അയോണിന്റെ ഉത്തേജിത വികിരണത്തെ ട്രിഗർ ചെയ്യും, ഇൻകേസിഡന്റ് ഫോട്ടോണിന്റെ അതേ ആവൃത്തി, ഘട്ടം, ദിശ എന്നിവയുടെ പുതിയ ഫോട്ടോണുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു, അതുവഴി ഒപ്റ്റിക്കൽ ആംപ്ലിഫിക്കേഷൻ കൈവരിക്കുന്നു.

സിംഗിൾ-മോഡിന്റെ പ്രധാന സവിശേഷതഫൈബർ ലേസറുകൾഅവയുടെ വളരെ സൂക്ഷ്മമായ കോർ വ്യാസത്തിലാണ് (സാധാരണയായി 8-14μm). വേവ് ഒപ്റ്റിക്സ് സിദ്ധാന്തമനുസരിച്ച്, അത്തരമൊരു സൂക്ഷ്മ കോർ ഒരു വൈദ്യുതകാന്തിക ഫീൽഡ് മോഡ് (അതായത്, അടിസ്ഥാന മോഡ് LP₀₁ അല്ലെങ്കിൽ HE₁₁ മോഡ്) മാത്രമേ സ്ഥിരമായി പ്രക്ഷേപണം ചെയ്യാൻ അനുവദിക്കൂ, അതായത്, സിംഗിൾ മോഡ്. ഇത് മൾട്ടിമോഡ് ഫൈബറുകളിൽ നിലവിലുള്ള ഇന്റർമോഡൽ ഡിസ്‌പെർഷൻ പ്രശ്‌നത്തെ ഇല്ലാതാക്കുന്നു, അതായത്, വ്യത്യസ്ത വേഗതയിൽ വ്യത്യസ്ത മോഡുകളുടെ പ്രചരണം മൂലമുണ്ടാകുന്ന പൾസ് വിശാലമാക്കൽ പ്രതിഭാസം. ട്രാൻസ്മിഷൻ സ്വഭാവസവിശേഷതകളുടെ വീക്ഷണകോണിൽ നിന്ന്, സിംഗിൾ-മോഡ് ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകളിൽ അക്ഷീയ ദിശയിൽ പ്രചരിക്കുന്ന പ്രകാശത്തിന്റെ പാത വ്യത്യാസം വളരെ ചെറുതാണ്, ഇത് ഔട്ട്‌പുട്ട് ബീമിന് തികഞ്ഞ സ്പേഷ്യൽ കോഹറൻസും ഗൗസിയൻ ഊർജ്ജ വിതരണവും നൽകുന്നു, കൂടാതെ ബീം ഗുണനിലവാര ഘടകം M² 1-നെ സമീപിക്കാം (ഒരു അനുയോജ്യമായ ഗൗസിയൻ ബീമിന് M²=1).

ഫൈബർ ലേസറുകൾ മൂന്നാം തലമുറയുടെ മികച്ച പ്രതിനിധികളാണ്ലേസർ സാങ്കേതികവിദ്യ, ഇവ അപൂർവ്വ ഭൂമി മൂലകം-ഡോപ്പ് ചെയ്ത ഗ്ലാസ് ഫൈബറുകളെ ഗെയിൻ മീഡിയമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. കഴിഞ്ഞ ദശകത്തിൽ, സിംഗിൾ-മോഡ് ഫൈബർ ലേസറുകൾ ആഗോള ലേസർ വിപണിയിൽ വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ഒരു പ്രധാന പങ്ക് നേടിയിട്ടുണ്ട്, അവയുടെ അതുല്യമായ പ്രകടന ഗുണങ്ങൾക്ക് നന്ദി. മൾട്ടിമോഡ് ഫൈബർ ലേസറുകളുമായോ പരമ്പരാഗത സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് ലേസറുമായോ താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, സിംഗിൾ-മോഡ് ഫൈബർ ലേസറുകൾക്ക് 1 ന് അടുത്തുള്ള ബീം ഗുണനിലവാരമുള്ള ഒരു ഐഡിയൽ ഗൗസിയൻ ബീം സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയും, അതായത് ബീമിന് സൈദ്ധാന്തിക മിനിമം ഡൈവേർജൻസ് ആംഗിളിലും മിനിമം ഫോക്കസ്ഡ് സ്പോട്ടിലും എത്താൻ കഴിയും. ഉയർന്ന കൃത്യതയും കുറഞ്ഞ താപ ആഘാതവും ആവശ്യമുള്ള പ്രോസസ്സിംഗ്, അളക്കൽ മേഖലകളിൽ ഈ സവിശേഷത ഇതിനെ മാറ്റാനാകാത്തതാക്കുന്നു.