Основной принциподномодовые волоконные лазеры
Для генерации лазерного излучения необходимо соблюдение трех основных условий: инверсия населенности, наличие подходящего резонансного резонатора и достижение определенной точки излучения.лазерпороговое значение (усиление света в резонансной полости должно быть больше потерь). Рабочий механизм одномодовых волоконных лазеров основан именно на этих фундаментальных физических принципах и обеспечивает оптимизацию характеристик за счет особой структуры волоконных волноводов.
Стимулированное излучение и инверсия населенности являются физической основой генерации лазеров. Когда энергия света, излучаемая источником накачки (обычно полупроводниковым лазерным диодом), вводится в усиливающее волокно, легированное ионами редкоземельных элементов (такими как иттербий Yb³⁺, эрбий Er³⁺), ионы редкоземельных элементов поглощают энергию и переходят из основного состояния в возбужденное. Когда число ионов в возбужденном состоянии превышает число ионов в основном состоянии, образуется состояние инверсии населенности. В этот момент падающий фотон запускает стимулированное излучение иона в возбужденном состоянии, генерируя новые фотоны той же частоты, фазы и направления, что и падающий фотон, тем самым обеспечивая оптическое усиление.
Основная особенность одномодового режимаволоконные лазерыЭто объясняется чрезвычайно малым диаметром их сердцевины (обычно 8-14 мкм). Согласно теории волновой оптики, такая тонкая сердцевина позволяет стабильно передавать только один режим электромагнитного поля (т. е., основной режим LP₀₁ или HE₁₁), то есть одномодовый режим. Это устраняет проблему межмодовой дисперсии, существующую в многомодовых волокнах, то есть явление расширения импульса, вызванное распространением различных мод с разной скоростью. С точки зрения характеристик передачи, разность хода света, распространяющегося вдоль осевого направления в одномодовых оптических волокнах, чрезвычайно мала, что обеспечивает выходному пучку идеальную пространственную когерентность и гауссово распределение энергии, а добротность пучка M² может приближаться к 1 (M²=1 для идеального гауссова пучка).
Волоконные лазеры — выдающиеся представители третьего поколения.лазерные технологииВ них в качестве активной среды используются легированные редкоземельными элементами стекловолокна. За последнее десятилетие одномодовые волоконные лазеры заняли все более важную долю на мировом рынке лазеров благодаря своим уникальным преимуществам. По сравнению с многомодовыми волоконными лазерами или традиционными твердотельными лазерами, одномодовые волоконные лазеры могут генерировать идеальный гауссовый пучок с качеством пучка, близким к 1, что означает, что пучок может почти достичь теоретического минимального угла расходимости и минимального сфокусированного пятна. Эта особенность делает их незаменимыми в областях обработки и измерений, требующих высокой точности и низкого теплового воздействия.
Дата публикации: 19 ноября 2025 г.