ファイバーレーザーの原理と开発の展望

ファイバーレーザーテクノロジーは、高速および大容量の波長分割多重化ファイバー通信システム、高精度ファイバーセンシング技術、および高出力レーザーにおいて、幅広いアプリケーションの見通しと大きな技術的利点を示しています。 光ファイバーの技術の研究は世界のすべての国によってますます注意を払われました、そしてその応用分野は最も成熟した光ファイバー通信ネットワークから他のより広いレーザー応用分野に急速に拡大しました。

光ファイバーレーザーの分類

光ファイバーの種類、ファイバーレーザーはに分けることができます: クリスタルファイバーレーザー。 作業材料はレーザークリスタルファイバー、主にルビー単結晶ファイバーレーザーとNd3 +:YAG単結晶ファイバーレーザーです。 非線形光ファイバーレーザー。 主に刺激ラマン散乱ファイバーレーザーと刺激ブリルアン散乱ファイバーレーザーがあります。 まれな地球をドープしたファイバーレーザー。 ファイバーのマトリックス材料はガラスであり、ファイバーレーザーは希土類イオンをファイバーにドーピングして活性化することによって作られています。 プラスチック繊维レーザー。 ファイバーレーザーは、プラスチック光ファイバーのコアまたはクラッドにレーザー染料をドーピングすることによって作られています。

光ファイバーレーザーの働き原理

ファイバーレーザーの構造は、従来の固体およびガスレーザーの構造と同じです。 光ファイバーは基本的に3つの基本的な要素で構成されています: ポンプソース、ゲイン媒体と共振キャビティ。 一般的に、ハイパワー半岛レーザー(LD) がポンプ源として使用され、利得媒体は希土類ドープファイバーまたは通常の非線形ファイバーです。 共振キャビティは、ファイバグレーティングなどの光フィードバック要素、または様々なリング共振キャビティで構成することができる。 ポンプ光は、適切な光学システムを介して利得ファイバに結合される。 ポンプ光を吸収した後、利得ファイバは粒子数反転または非線形利得を形成し、自発放出によって生成された自発放出光は、共振空洞の刺激増幅およびモード選択を受けます。そして最後に安定したレーザー出力が形成される。

ファイバーレーザーの利点

第3世代レーザー技術の代表として、光ファイバーには次の利点があります。まず、製造コストの低さによってもたらされる小型化と強化の利点、 成熟した技術とガラス繊維の柔軟性。第二に、ガラス繊維は、結晶のような入射ポンプ光の厳密な位相整合を必要としません。ガラス基板のスターク分裂によって引き起こされる不均一な広がりによって引き起こされる広い吸収バンドに。 第三に、ガラス材料は体積面積比が非常に低く、放熱が速く、損失が少ないため、変換効率が高く、レーザーしきい値が低くなります。 第四に、多くの出力レーザー波長があります。これは、希土類イオンのエネルギーレベルが非常に豊富で、多くの種類の希土類イオンがあるためです。第五に、調整可能性: 希土類イオンのエネルギーレベルが広く、ガラス繊維の蛍光スペクトルが広いためです。 第6に、ファイバーレーザーの共振空洞に光学レンズがないため、調整不要、メンテナンスフリー、高安定性の利点があり、従来のレーザーには匹敵しません。 第七に、光ファイバがエクスポートされるため、レーザーはさまざまな多次元および任意のスペース処理アプリケーションに容易に対応でき、機械システムの設計は非常に簡単になります。 第八に、過酷な作業環境で有能であり、ほこり、ショック、衝撃、湿度、温度に対する耐性が高い。 第9に、熱電冷凍と水冷の必要はなく、単純な空冷だけです。 10番目の高い電気光学効率: 包括的な電気光学効率は20% 以上と高く、消費電力と運用コストを大幅に節約します。 11番目の高出力、現在商品化されているファイバーレーザーは6キロワットです。

ファイバーレーザーの开発展望

将来のファイバーレーザーの开発倾向は次のように反映されます側面: まず、ファイバーレーザーの性能を向上させる: 例えば、出力パワーと変換効率の向上、ビーム品質の最適化、利得ファイバーの長さの短縮、システムの安定性を改善し、よりコンパクトにし、 上記の目的は、ファイバーレーザーの分野における将来の研究の焦点となるでしょう。第二に、新しいタイプのファイバーレーザーの開発: 時間領域では、より小さいデューティサイクルの超短パルスモードロックされたファイバーレーザーは、常にレーザー分野の研究ホットスポットでした。 高出力フェムト秒パルスファイバーレーザーは常に長期的な目標でした。 この分野のブレークスルーは、光通信時分割多重化 (OTDM) の理想的な光源を提供するだけでなく、レーザー加工の開発を効果的に促進することもできます。レーザーマーキングとレーザー暗号化およびその他の関連産業。 周波数領域では、ブロードバンド出力を備えた調整可能なファイバーレーザーが研究のホットスポットになります。 関連技術の向上に伴い、ファイバーレーザーはより広い分野で発展し、固体レーザーや半導体レーザーに代わる新世代の光源になる可能性があると予測できます。新しい業界を形成する。