Волоконний лазер і лазерні деталі

На відміну від інших лазерів, волоконні лазери досягають посилення світла в оптичних волокнах, легованих іонами рідкоземельних металів, таких як ітербій (Yb3+), неодим (Nd3+), тулій (Tm{{2} }), празеодим (Pr3+) або ербій (Er3+). Ці лазерні активні іони можуть поглинати більшу частину світла накачки, а потім випромінювати фотони з характерними частотами через стимульоване випромінювання. За своєю суттю гнучка структура волокон дозволяє використовувати набагато більші відстані посилення, ніж інші типи лазерів. Це забезпечує високе оптичне посилення.

Замість використання звичайних діелектричних дзеркал, оптичний зворотний зв’язок у волоконних лазерах зазвичай забезпечується волоконними бреггівськими ґратками, серією скляних волокон із різними показниками заломлення, з’єднаних періодичним способом. Ці періодичні структури можуть відбивати лазерний промінь на певній довжині хвилі і, отже, стати оптичним резонатором волоконного лазера. Таким чином, для волоконного лазера оптичний резонатор фактично знаходиться всередині підсилювального середовища.

Говорячи про волоконні лазери, слід уникати однієї типової пастки: волоконні лазери не еквівалентні лазерам, які мають оптичні волокна. Наприклад, у волоконно-зв’язаних діодних лазерах оптичні волокна використовуються лише для доставки променя й не беруть участі у фізиці вимушеного випромінювання. Отже, хоча оптичні волокна дійсно з’єднані з лазерними системами, вони все ще не володіють усіма перевагами волоконного лазера. Унікальний вбудований оптичний резонатор зі згорнутим волокном як середовищем посилення створює міцний і стабільний оптичний резонатор.

Однією з ключових переваг волоконних лазерів є їх компактне розташування. Порівняно зі своїми конкурентами вони займають набагато меншу площу при порівнянній вихідній потужності. Це пов’язано з тим, що оптичні волокна можна згинати та згортати в компактні простори. Крім того, гнучкість оптичних волокон також робить можливим подальше налаштування оптичного шляху, надаючи більше свободи при проектуванні для різних конкретних ситуацій.

Оскільки середовище підсилення у волоконних лазерах є дуже тонким і гнучким, можна мати оптичні волокна завдовжки кілька кілометрів і, отже, досягти дуже високого підсилення світла накачування. Крім того, завдяки великому відношенню площі поверхні до об’єму оптичних волокон тепло, що виділяється волоконними лазерами, може ефективно розсіюватися. Таким чином, волоконні лазери можуть безперервно працювати на рівні кіловат без потреби у складних системах охолодження.

Зазвичай якість лазерного променя інтерпретується як міра того, наскільки щільно промінь може бути сфокусований, і вона кількісно визначається коефіцієнтом М2, який ідеально дорівнює 1 для найвищої якості променя. У волоконному лазері одномодові волокна зазвичай пропонують найкращу продуктивність променя і, отже, можуть мати значні застосування. Наприклад, під час лазерного різання та зварювання висока якість променя забезпечить велику відстань між заготовкою та об’єктом фокусування. Така конфігурація захистить оптику від сміття та випарів. Найважливіше те, що зменшений діаметр променя може не тільки зробити можливим виготовлення більш тонкої структури, але й використання менших і дешевших оптичних компонентів.

Волоконні лазери мають високу надійність і майже не потребують обслуговування, а оскільки оптичний шлях закрито захисними шарами оболонки, лазерний промінь менш чутливий до зовнішніх перешкод. Таким чином, волоконний лазер зазвичай може похвалитися відмінною стабільністю в умовах високої температури і вібрації.