¿¿ qué es un láser de fibra óptica?
Publicar：Caja optrónica  Hora：2024-07-20  Puntos de vista:45
Definición: un láser que utiliza fibra óptica dopado como medio de ganancia, o un láser cuya cavidad láser está compuesta principalmente de fibra óptica.
Los láseres de fibra óptica suelen referirse a los láseres que utilizan fibra óptica como medio de ganancia, aunque algunos láseres que utilizan medios de ganancia semiconductores (amplificadores ópticos semiconductores) y resonadores de fibra óptica también pueden llamarse láseres de fibra óptica (o láseres ópticos semiconductores). Además, algunos otros tipos de láseres (por ejemplo, diodos semiconductores acoplados a fibra) y amplificadores de fibra óptica también se llaman láseres de fibra óptica (o sistemas láser de fibra).
En la mayoría de los casos, el medio de ganancia es una fibra óptica dopado con iones de tierras raras, como erbio (er3 +), iterbio (yb3 +), torio (tm3 +) o praseodimio (pr3 +), y se necesitan uno o más diodos láser acoplados a fibra para bombear. Aunque el medio de ganancia del láser de fibra óptica es similar al del láser de Estado sólido, el efecto guía de onda y el pequeño área de modo efectivo hacen que el láser tenga diferentes características.Por ejemplo, suelen tener una alta ganancia láser y una alta pérdida de cavidad. Consulte la entrada láseres de fibra óptica y láseres a granel.

Resonador láser de fibra óptica
Para obtener un resonador láser utilizando fibra óptica, se pueden utilizar varios reflectores para formar un resonador lineal o crear un láser de anillo de fibra óptica. Diferentes tipos de reflectores se pueden utilizar en resonadores láser ópticos lineales:

1. en la configuración del laboratorio, se puede utilizar un espejo de color bidireccional ordinario al final de la fibra óptica dividida verticalmente, como se muestra en la figura 1. Sin embargo, esta solución no se puede utilizar para la producción a gran escala y no es duradera.
2. la reflexión de un Fresnel en el extremo de la fibra óptica desnuda es suficiente para servir como acoplamiento de salida de un láser de fibra óptica. La figura 2 muestra un ejemplo.
3. el recubrimiento dieléctrico también se puede depositar directamente en el extremo de la fibra óptica, generalmente por evaporación. Este recubrimiento puede lograr una alta reflectividad en una amplia gama.
4. en los productos comerciales, generalmente se utilizan rejillas de Praga de fibra óptica, que se pueden preparar directamente a partir de fibra óptica dopado o empalmando fibra óptica no dopado en fibra óptica activa. La figura 3 muestra un láser reflectante de Praga distribuido (láser dbr) que contiene dos rejillas de fibra. También hay un láser de retroalimentación distribuido que tiene una rejilla en la fibra dopado, con un cambio de fase entre ellos.
5. si la luz emitida por la fibra óptica es colimada por la lente y reflejada por un espejo de color bidireccional, se puede lograr un mejor procesamiento de potencia. Debido al gran área del haz de luz, la intensidad de la luz recibida por el espejo se reducirá considerablemente. Sin embargo, una ligera dislocación puede causar una pérdida significativa de reflexión, y la reflexión adicional de Fresnel en la cara final de la fibra óptica producirá un efecto de filtrado. Este último se puede suprimir utilizando un extremo de fibra óptica agrietado en ángulo, pero esto introducirá pérdidas relacionadas con la longitud de onda.
6. también se pueden utilizar acopladores de fibra óptica y fibra óptica pasiva para formar reflector de circuito óptico.
La mayoría de los láseres ópticos son bombeados por uno o más láseres semiconductores acoplados a fibra. La luz de la bomba se acopla directamente al núcleo de fibra óptica o a la capa de bombeo a alta potencia (ver fibra óptica de doble capa), lo que se discutirá en detalle a continuación.
Hay muchos tipos de láseres de fibra óptica, y algunos de ellos se introducirán a continuación.
Láser de fibra óptica de alta potencia
Inicialmente, los láseres de fibra solo podían alcanzar una potencia de salida de unos pocos milivatios. Hoy en día, los láseres de fibra de alta potencia pueden lograr una potencia de salida de cientos de vatios, y a veces incluso miles de vatios de fibra monomodo. Esto se logra aumentando la relación de aspecto y el efecto guía de onda, evitando así el efecto termoóptico.
Para más detalles, consulte la entrada "láseres y amplificadores de fibra de alta potencia".
Láser de fibra de conversión ascendente
Los láseres de fibra óptica son particularmente adecuados para lograr láseres de conversión hacia arriba, que generalmente funcionan en transiciones láser relativamente infrecuentes y requieren una intensidad de bombeo muy alta. En los láseres de fibra óptica, se puede mantener una alta intensidad de bombeo a larga distancia, por lo que para las transiciones con ganancias muy bajas, se puede lograr fácilmente una eficiencia de ganancia.
En la mayoría de los casos, las fibras de sílice no son adecuadas para láseres de fibra de conversión hacia arriba, ya que el mecanismo de conversión hacia arriba requiere una vida útil de Estado intermedio más larga en el nivel de energía electrónica, que suele ser pequeña en las fibras de sílice debido a la energía de los fonones altos (ver salto multiphotón). Por lo tanto, se suelen utilizar algunas fibras de flúor de metales pesados, como zblan (un fluorozirconato) con baja energía fonónica.
Los láseres de fibra óptica de conversión ascendente más utilizados son las fibras ópticas dopados con torio para luz azul, los láseres dopados con praseodimio (a veces con y3) para luz roja, naranja, verde o azul, y los láseres dopados con erbio para tripolares.
Láser de fibra de ancho de línea estrecho
Los láseres de fibra óptica pueden funcionar en modo longitudinal único (ver láseres de frecuencia única, operación monomodo) solo en un ancho de línea muy estrecho de unos pocos miles de Hertz o incluso menos de 1 khz. Para una operación de frecuencia única estable a largo plazo y sin requisitos adicionales después de considerar la estabilidad de la temperatura, la cavidad láser debe ser muy corta (por ejemplo, 5cm), aunque en principio cuanto más larga sea la cavidad, menor será el ruido de fase y más estrecha será el ancho de línea. El extremo de la fibra contiene una rejilla de Praga de fibra de banda estrecha (ver láser reflector de Praga distribuido, láser de fibra dbr) para seleccionar el modo de cavidad. La Potencia de salida suele estar en un rango de unos pocos milivatios a decenas de milivatios, y también están disponibles láseres de fibra de frecuencia única con una potencia de salida de hasta 1w.
Una forma extrema es el láser de retroalimentación distribuido (láser dfb), en el que toda la cavidad láser está incluida en la rejilla de Praga de fibra óptica, con un cambio de fase entre los dos. La cavidad aquí es relativamente corta, sacrificando la Potencia de salida y el ancho de línea, pero el funcionamiento de una sola frecuencia es muy estable.
El amplificador de fibra óptica también se puede utilizar para amplificar aún más a una potencia más alta.
Láser de fibra óptica q - switched
Los láseres de fibra óptica pueden utilizar varios interruptores q activos o pasivos para producir pulsos de decenas a cientos de nanosegundos de longitud. Las fibras ópticas de gran área de modo pueden lograr energía de pulso de varios milijulios y, en casos extremos, pueden alcanzar decenas de milijulios debido a las limitaciones de energía saturada (incluso fibra de gran área de modo) y umbral de daño (más pronunciado para pulsos más cortos). Todos los dispositivos de fibra óptica (excepto los dispositivos ópticos de espacio libre) tienen una energía de pulso limitada, ya que generalmente no logran fibra óptica de gran área de modo y conmutación q efectiva.
Debido a la alta ganancia láser, el interruptor q en el láser de fibra óptica es muy diferente de la naturaleza del láser a granel y es más complejo. Por lo general, hay varios picos en el dominio del tiempo, y también se pueden producir pulsos de Q - switching con una longitud inferior al tiempo de ida y vuelta del resonador.
Los láseres de fibra de modo bloqueado utilizan resonadores más complejos (láseres de fibra ultracorta) para producir pulsos picosegundos o femtosegundos. Aquí, el resonador láser contiene un modulación activa o algunos absorbedores saturados. El absorbedor saturado se puede lograr mediante un efecto de rotación de polarización no lineal o mediante el uso de un espejo de bucle no lineal de fibra óptica. Por ejemplo, el espejo de bucle no lineal se puede utilizar para el "láser octogonal" en la figura 8, en el que el lado izquierdo contiene un resonador principal y un anillo de fibra óptica no lineal para amplificar, moldear y estabilizar los pulsos ultracortos de ida y vuelta. Especialmente en el modo de bloqueo armónicos, se necesitan equipos adicionales, como subclases para filtros ópticos.
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