Prinsip asas laser gentian mod tunggal

Prinsip asas bagilaser gentian mod tunggal

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

Sinaran yang dirangsang dan penyongsangan populasi adalah asas fizikal untuk penjanaan laser. Apabila tenaga cahaya yang dipancarkan oleh sumber pam (biasanya diod laser semikonduktor) disuntik ke dalam gentian gain yang didopkan dengan ion nadir bumi (seperti Ytterbium Yb³⁺, erbium Er³⁺), ion nadir bumi menyerap tenaga dan peralihan daripada keadaan dasar kepada keadaan teruja. Apabila bilangan ion dalam keadaan teruja melebihi bilangan ion dalam keadaan dasar, keadaan penyongsangan populasi terbentuk. Pada ketika ini, foton kejadian akan mencetuskan sinaran rangsangan ion keadaan teruja, menghasilkan foton baru dengan frekuensi, fasa dan arah yang sama seperti foton kejadian, dengan itu mencapai penguatan optik.

Ciri teras mod tunggallaser gentianterletak pada diameter terasnya yang sangat halus (biasanya 8-14μm). Menurut teori optik gelombang, teras halus seperti itu hanya boleh membenarkan satu mod medan elektromagnet (iaitu, mod asas LP₀₁ atau mod HE₁₁) dihantar secara stabil, iaitu mod tunggal. Ini menghapuskan masalah penyebaran antara mod yang wujud dalam gentian berbilang mod, iaitu fenomena peluasan nadi 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 rasuk keluaran mempunyai koheren spatial yang sempurna dan taburan tenaga Gaussian, dan faktor kualiti rasuk M² boleh menghampiri 1 (M²=1 untuk rasuk Gaussian yang ideal).

Laser gentian adalah wakil cemerlang generasi ketigateknologi laser, yang menggunakan gentian kaca terdop unsur nadir bumi sebagai medium perolehan. Sepanjang dekad yang lalu, laser gentian mod tunggal telah menduduki bahagian yang semakin penting dalam pasaran laser global, berkat kelebihan prestasinya yang unik. 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 1, yang bermaksud bahawa pancaran itu hampir boleh mencapai Sudut perbezaan minimum teori dan titik fokus minimum. Ciri ini menjadikannya tidak boleh diganti dalam bidang pemprosesan dan pengukuran yang memerlukan ketepatan tinggi dan impak haba yang rendah.