مفاهیم اساسی لیزرهای فیبر

خلاصه

پیشرفت فوتونیک ، با کمک مطالعات تجربی و نظری مثمر ثمر ، در طی چهار دهه گذشته اختراع لیزرهای متنوعی را به وجود آورده است. در میان آنها یکی از محبوب ترین انواع لیزر فیبر است که نوعی لیزر استاندارد حالت جامد است ، و محیط آن یک ساختار موجبر فیبر پوشیده است و مواد خنثی کننده مختلف درون هسته به عنوان یک محیط بهره مند می شوند. آنها از تقویت کننده های فیبر دوپ شده اربیوم مشتق شده اند که هنوز هم جز component مهمی برای ارتباطات از راه دور هستند.   از زمان کشف ، لیزر فیبر به دلیل ویژگیهای فیزیکی ساختار هدایت کننده موج فیبر ، برای بسیاری از کاربردها به یک انتخاب طبیعی تبدیل شده است. پیشرفت سریع آنها ممکن است نشان دهد که آنها واقعاً چقدر عالی هستند. اگرچه امروزه از لیزرهای الیاف به طور گسترده در مناطق مختلف تحقیقاتی و صنعتی استفاده می شود ، اما یکی از معنی دارترین کاربردهای فن آوری لیزر فیبر استفاده از آن در پزشکی بوده است. طیف گسترده ای از طول موج های تولید شده توسط لیزرهای فیبر و همچنین تنوع مکانیسم های فیزیکی به کار رفته در تولید پالس ، علاوه بر این ، انعطاف پذیری فناوری لیزر فیبر را نیز پشتیبانی می کند. این مطالعه با توجه به کاربردهای پزشکی ، به فناوری زمینه لیزرهای فیبر اختصاص دارد. فیزیک و تئوریهای اساسی فیبرهای نوری و خصوصیات مهم آنها معرفی شده است.

کلید واژه ها

لیزرهای الیاف رزوناتورهای پمپاژ رژیم های موقتی لیزرهای فیبر بدون زخم لیزرهای فیبر نسبی رسانه های فعال

1. مقدمه

از نظر تاریخی ، می توان گفت که اولین لیزر فیبر نوری در حال کار توسط اسنیتزر و همکارانش در اوایل دهه 1960 ساخته شد [1] ، به عنوان ترکیبی از کارهای قبلی در مورد لیزر حالت جامد با کار جدیدش در مورد نوری الیاف [2]. اگرچه این ایده درخشان از ترکیب این دو فناوری جوان آن زمان سالها از زمان خود جلوتر بود ، اما اثبات ماهیت آن هنوز مدتها طول کشید. با این وجود ، در چند سال آینده تقریباً فراموش شد تا اینکه در سال 1985 ، هنگامی که در دانشگاه استنفورد توسط پین و همکارانش ، که روی تقویت کننده های دوپ شده با اربیوم کار می کردند ، دوباره احیا شد [3].

در سالهای اولیه ، توانهای خروجی نسبتاً کم و همچنین روشنایی کم منابع فیبر محدودیتهای استفاده را محدود کرده و از استفاده آنها در تعدادی از برنامههای مهم که به توان متوسط ​​یا اوج بالا نیاز دارند جلوگیری می کند. به همین ترتیب ، نه تنها قطر کوچک بلکه زاویه پذیرش کوچک هسته فیبر ، این دستگاه ها را محدود کرده و در نتیجه آنها را فقط برای کارهای آزمایشگاهی راحت می کند. این محدودیت ها به لطف فناوری پیشرفته مفهوم دو روکش در سال 1988 برطرف شد [4]. علیرغم دشواریهای آغازین ، این فناوری جدید لیزر به سرعت توسط جامعه نسبتاً محافظه کار لیزر به تصویب رسیده است ، اساساً به دلیل سطح عملکرد امیدوار کننده و همچنین پیکربندی انعطاف پذیر.

زمینه لیزر فیبر در دهه 1990 به رشد خود ادامه داد ، با کمک نتایج آزمایشگاهی و نظری مثمر ثمر ، باعث ایجاد انواع زیادی لیزر فیبر ، نه تنها در طول موج های مختلف و با مدت زمان و انرژی متفاوت پالس می شود ، بلکه از مکانیسم های مختلف فیزیکی نیز بهره می برد. تولید پالس. این انقلاب پس از ساخت فیبرهای نوری با استفاده از عناصر خاکی کمیاب مانند Ytterbium ، Erbium ، Holmium و Thulium که برای ساخت تقویت کننده ها و لیزرها استفاده می شوند ، تسریع شد [1]. با این حال ، پیشرفت های اساسی در عملکرد لیزر پس از کشف رژیم های جدید قفل حالت ، که عمدتا برای بهبود محدودیت های آن با توجه به انرژی و مدت زمان پالس ، که منجر به تولید پالس های نور با مدت زمان بسیار کوتاه ، به ترتیب پیکو ثانیه یا فمتوسکند [5]. بزرگترین اشکال آنها محدودیت در اوج قدرت توسط اثرات غیرخطی بود که توسط محصول بزرگ شدت و طول تعامل در داخل هسته فیبر اعمال می شد. اگرچه بیشتر تلاش ها بر روی تضعیف این اثرات متمرکز بود ، زیرا با یک اشکال مهم مانند کاهش قابل توجه کیفیت پالس محدود می شود ، اما به زودی از این واقعیت آگاه شد که آنها می توانند با استفاده از طرح های الیاف در حالت بزرگ (LMA) به جای استفاده از الیاف قطر حالت حالت میدان معمولی. از آنجا که LMA دیافراگم عددی را برای حفظ هدایت حالت تک حالت کاهش داده است ، که برای کار با انرژی قوی مناسب تر است ، اختراع LMA با استفاده از تکنیک مربوط به اتصال پمپ [4] دنبال شد. با این حال ، معرفی چندین مکانیزم قفل حالت مانند خود تشابه سلیتاریون ، رژیم های پراکنده سالیتون و رژیم های سولیتون-سیمیلاریتون ، که در سال های اخیر نشان داده شده است ، و ایده مدیریت غیرخطی ها به احتمال زیاد از بسیاری از محدودیت های قبلی ذکر شده به روش بهتری عبور خواهد کرد [6].

با توجه به تکامل مداوم توان خروجی متوسط ​​، که یک پارامتر اصلی عملکرد تعیین کننده کاربرد در هر لیزر است ، طی 25 سال گذشته می توان گفت که لیزرهای فیبر فوق سریع تا سال 1996 از چند مگاوات و تقریباً به 1 کیلووات رسیده اند. تا سال 2009 [7]. باید مطلع شود که ،