Perusperiaateyksimuotoiset kuitulaserit
Lasersignaalin generointi edellyttää kolmen perusedellytyksen täyttymistä: populaatioinversio, sopiva resonanssiontelo jalaserkynnysarvo (valon vahvistuksen resonanssiontelossa on oltava suurempi kuin häviön). Yksimuotoisten kuitulaserien toimintamekanismi perustuu juuri näihin fysiikan perusperiaatteisiin ja saavuttaa suorituskyvyn optimoinnin kuituaaltojohtimien erityisen rakenteen avulla.
Stimuloitu säteily ja populaatioinversio ovat lasereiden fysikaalinen perusta. Kun pumppauslähteen (yleensä puolijohdelaserdiodi) lähettämä valoenergia ruiskutetaan harvinaisten maametallien ioneilla (kuten Ytterbium Yb³⁺, erbium Er³⁺) seostettuun vahvistuskuituun, harvinaisten maametallien ionit absorboivat energiaa ja siirtyvät perustilasta virittyneeseen tilaan. Kun virittyneessä tilassa olevien ionien määrä ylittää perustilan ionien määrän, muodostuu populaatioinversiotila. Tässä vaiheessa tuleva fotoni laukaisee virittyneen ionin stimuloidun säteilyn, jolloin syntyy uusia fotoneja, joilla on sama taajuus, vaihe ja suunta kuin tulevalla fotonilla, jolloin saavutetaan optinen vahvistus.
Yksimuotoisen tekniikan ydinominaisuuskuitulaseritpiilee niiden erittäin pienessä ytimen halkaisijassa (tyypillisesti 8–14 μm). Aalto-optiikan teorian mukaan tällainen pieni ydin voi sallia vain yhden sähkömagneettisen kenttämoodin (eli perusmoodin LP₀₁ tai HE₁₁-moodin) vakaan läpäisyn, eli yksimoodin. Tämä poistaa monimoodikuiduissa esiintyvän intermodaalisen dispersion ongelman, eli pulssin levenemisilmiön, joka johtuu eri moodien etenemisestä eri nopeuksilla. Läpäisyominaisuuksien näkökulmasta yksimoodisissa optisissa kuiduissa aksiaalisessa suunnassa etenevän valon reittiero on erittäin pieni, minkä ansiosta lähtösäteellä on täydellinen spatiaalinen koherenssi ja Gaussin energiajakauma, ja säteen laatukerroin M² voi lähestyä arvoa 1 (M² = 1 ihanteellisella Gaussin säteellä).
Kuitulaserit ovat kolmannen sukupolven erinomaisia edustajialasertekniikka, jotka käyttävät vahvistusväliaineena harvinaisten maametallien seostamia lasikuituja. Viimeisen vuosikymmenen aikana yksimuotokuitulaserit ovat ottaneet yhä tärkeämmän osan maailmanlaajuisista lasermarkkinoista ainutlaatuisten suorituskykyetujensa ansiosta. Verrattuna monimuotokuitulasereihin tai perinteisiin puolijohdelasereihin, yksimuotokuitulaserit voivat tuottaa ihanteellisen Gaussin säteen, jonka säteen laatu on lähellä 1, mikä tarkoittaa, että säde voi lähes saavuttaa teoreettisen pienimmän hajaantumiskulman ja pienimmän fokusoidun pisteen. Tämä ominaisuus tekee siitä korvaamattoman prosessoinnin ja mittauksen aloilla, jotka vaativat suurta tarkkuutta ja pientä lämpövaikutusta.
Julkaisuaika: 19.11.2025