O principio básico dos láseres de fibra monomodo

O principio básico deláseres de fibra monomodo

A xeración dun láser require o cumprimento de tres condicións básicas: inversión da poboación, unha cavidade resonante axeitada e alcanzar oláserlimiar (a ganancia de luz na cavidade resonante debe ser maior que a perda). O mecanismo de funcionamento dos láseres de fibra monomodo baséase precisamente nestes principios físicos fundamentais e consegue a optimización do rendemento mediante a estrutura especial das guías de onda de fibra.

A radiación estimulada e a inversión de poboación son a base física para a xeración de láseres. Cando a enerxía luminosa emitida pola fonte de bombeo (xeralmente un díodo láser semicondutor) se inxecta na fibra de ganancia dopada con ións de terras raras (como iterbio Yb³⁺, erbio Er³⁺), os ións de terras raras absorben enerxía e pasan do estado fundamental ao estado excitado. Cando o número de ións no estado excitado supera o do estado fundamental, fórmase un estado de inversión de poboación. Neste punto, o fotón incidente activará a radiación estimulada do ión do estado excitado, xerando novos fotóns da mesma frecuencia, fase e dirección que o fotón incidente, conseguindo así a amplificación óptica.

A característica principal do modo únicoláseres de fibrareside no seu diámetro de núcleo extremadamente fino (normalmente de 8 a 14 μm). Segundo a teoría da óptica ondulatoria, un núcleo tan fino só pode permitir que se transmita de forma estable un modo de campo electromagnético (é dicir, o modo fundamental LP₀₁ ou o modo HE₁₁), é dicir, o modo único. Isto elimina o problema da dispersión intermodal existente nas fibras multimodo, é dicir, o fenómeno de ensanchamento do pulso causado pola propagación de diferentes modos a diferentes velocidades. Desde a perspectiva das características de transmisión, a diferenza de traxectoria da luz que se propaga ao longo da dirección axial nas fibras ópticas monomodo é extremadamente pequena, o que fai que o feixe de saída teña unha coherencia espacial e unha distribución de enerxía gaussiana perfectas, e o factor de calidade do feixe M² pode achegarse a 1 (M² = 1 para un feixe gaussiano ideal).

Os láseres de fibra son representantes destacados da terceira xeracióntecnoloxía láser, que empregan fibras de vidro dopadas con elementos de terras raras como medio de ganancia. Durante a última década, os láseres de fibra monomodo ocuparon unha parte cada vez máis importante no mercado mundial de láseres, grazas ás súas vantaxes de rendemento únicas. En comparación cos láseres de fibra multimodo ou os láseres de estado sólido tradicionais, os láseres de fibra monomodo poden xerar un feixe gaussiano ideal cunha calidade de feixe próxima a 1, o que significa que o feixe pode alcanzar case o ángulo de diverxencia mínimo teórico e o punto focal mínimo. Esta característica fainos irremplazables nos campos do procesamento e a medición que requiren alta precisión e baixo impacto térmico.