Основной принциподномодовые волоконные лазеры
Для генерации лазера необходимо соблюдение трех основных условий: инверсия населенности, соответствующий резонансный резонатор и достижениелазерПорог (усиление света в резонансной полости должно быть больше потерь). Принцип работы одномодовых волоконных лазеров основан именно на этих фундаментальных физических принципах, а оптимизация производительности достигается за счёт особой структуры волоконных волноводов.
Стимулированное излучение и инверсная населённость являются физической основой генерации лазеров. Когда световая энергия, излучаемая источником накачки (обычно полупроводниковым лазерным диодом), инжектируется в волокно усиления, легированное редкоземельными ионами (например, иттербием Yb³⁺, эрбием Er³⁺), редкоземельные ионы поглощают энергию и переходят из основного состояния в возбуждённое. Когда число ионов в возбуждённом состоянии превышает число ионов в основном состоянии, образуется состояние инверсии населённости. В этот момент падающий фотон запускает стимулированное излучение возбуждённого иона, генерируя новые фотоны той же частоты, фазы и направления, что и падающий фотон, тем самым достигая оптического усиления.
Основная особенность одномодового режимаволоконные лазерызаключается в их чрезвычайно малом диаметре сердцевины (обычно 8–14 мкм). Согласно теории волновой оптики, такая тонкая сердцевина может обеспечить стабильную передачу только одной моды электромагнитного поля (т. е. основной моды LP₀₁ или HE₁₁), то есть одномодовой. Это устраняет проблему межмодовой дисперсии, существующую в многомодовых волокнах, то есть явление уширения импульса, вызванное распространением различных мод с разной скоростью. С точки зрения характеристик передачи, разность хода света, распространяющегося вдоль аксиального направления в одномодовых оптических волокнах, чрезвычайно мала, что обеспечивает идеальную пространственную когерентность выходного пучка и гауссово распределение энергии, а коэффициент качества пучка M² может приближаться к 1 (M² = 1 для идеального гауссова пучка).
Волоконные лазеры являются яркими представителями третьего поколениялазерная технология, в которых в качестве активной среды используются стеклянные волокна, легированные редкоземельными элементами. За последнее десятилетие одномодовые волоконные лазеры заняли всё более значительную долю на мировом рынке лазеров благодаря своим уникальным эксплуатационным преимуществам. По сравнению с многомодовыми волоконными лазерами или традиционными твердотельными лазерами, одномодовые волоконные лазеры способны генерировать идеальный гауссов пучок с качеством, близким к 1, что означает, что пучок может практически достигать теоретически минимального угла расхождения и минимального пятна фокусировки. Эта особенность делает их незаменимыми в областях обработки и измерений, требующих высокой точности и низкого теплового воздействия.
Время публикации: 19 ноября 2025 г.