Prinsip asas laser gentian mod tunggal

Prinsip asas bagilaser gentian mod tunggal

Penjanaan laser memerlukan tiga syarat asas dipenuhi: penyongsangan populasi, rongga resonan yang sesuai dan mencapailaserambang (perolehan cahaya dalam rongga resonan mestilah lebih besar daripada kehilangan). Mekanisme kerja laser gentian mod tunggal adalah berdasarkan prinsip fizikal asas ini dengan tepat dan mencapai pengoptimuman prestasi melalui struktur khas pandu gelombang gentian.

Sinaran terangsang dan penyongsangan populasi merupakan asas fizikal untuk penjanaan laser. Apabila tenaga cahaya yang dipancarkan oleh sumber pam (biasanya diod laser semikonduktor) disuntik ke dalam gentian gandaan yang didop dengan ion nadir bumi (seperti Ytterbium Yb³⁺, erbium Er³⁺), ion nadir bumi menyerap tenaga dan beralih daripada keadaan dasar kepada keadaan teruja. Apabila bilangan ion dalam keadaan teruja melebihi keadaan dasar, keadaan penyongsangan populasi terbentuk. Pada ketika ini, foton insiden akan mencetuskan sinaran terangsang ion keadaan teruja, menghasilkan foton baharu dengan frekuensi, fasa dan arah yang sama seperti foton insiden, sekali gus mencapai amplifikasi optik.

Ciri teras mod tunggallaser gentianterletak pada diameter terasnya yang sangat halus (biasanya 8-14μm). Menurut teori optik gelombang, teras halus sedemikian hanya boleh membenarkan satu mod medan elektromagnet (iaitu, mod asas LP₀₁ atau mod HE₁₁) dihantar secara stabil, iaitu mod tunggal. Ini menghapuskan masalah penyebaran intermodal yang wujud dalam gentian berbilang mod, iaitu fenomena pelebaran denyut yang disebabkan oleh perambatan mod yang berbeza pada kelajuan yang berbeza. Dari perspektif ciri penghantaran, perbezaan laluan cahaya yang merambat sepanjang arah paksi dalam gentian optik mod tunggal adalah sangat kecil, yang menjadikan pancaran output mempunyai koheren ruang dan taburan tenaga Gaussian yang sempurna, dan faktor kualiti pancaran M² boleh menghampiri 1 (M²=1 untuk pancaran Gaussian yang ideal).

Laser gentian adalah wakil generasi ketiga yang cemerlangteknologi laser, yang menggunakan gentian kaca yang didop unsur nadir bumi sebagai medium gandaan. Sepanjang dekad yang lalu, laser gentian mod tunggal telah menduduki bahagian yang semakin penting dalam pasaran laser global, berkat kelebihan prestasi uniknya. Berbanding dengan laser gentian berbilang mod atau laser keadaan pepejal tradisional, laser gentian mod tunggal boleh menghasilkan pancaran Gaussian yang ideal dengan kualiti pancaran hampir kepada 1, yang bermaksud bahawa pancaran tersebut hampir boleh mencapai Sudut perbezaan minimum teori dan titik fokus minimum. Ciri ini menjadikannya sangat diperlukan dalam bidang pemprosesan dan pengukuran yang memerlukan ketepatan tinggi dan impak haba yang rendah.