Het basisprincipe vansingle-mode fiberlasers
Voor het genereren van een laser zijn drie basisvoorwaarden nodig: populatie-inversie, een geschikte resonantieruimte en het bereiken van delaserdrempelwaarde (de lichtopbrengst in de resonantieruimte moet groter zijn dan het verlies). Het werkingsmechanisme van single-mode fiberlasers is precies gebaseerd op deze fundamentele natuurkundige principes en bereikt prestatie-optimalisatie door de speciale structuur van de fibergolfgeleiders.
Gestimuleerde straling en populatie-inversie vormen de fysieke basis voor het genereren van lasers. Wanneer de lichtenergie die door de pompbron (meestal een halfgeleiderlaserdiode) wordt uitgezonden, wordt geïnjecteerd in de versterkingsvezel die is gedoteerd met zeldzame-aarde-ionen (zoals ytterbium Yb³⁺, erbium Er³⁺), absorberen de zeldzame-aarde-ionen energie en gaan ze over van de grondtoestand naar de aangeslagen toestand. Wanneer het aantal ionen in de aangeslagen toestand groter is dan in de grondtoestand, ontstaat een populatie-inversietoestand. Op dit punt zal het invallende foton de gestimuleerde straling van het ion in de aangeslagen toestand activeren, waardoor nieuwe fotonen worden gegenereerd met dezelfde frequentie, fase en richting als het invallende foton, waardoor optische versterking wordt bereikt.
De kernfunctie van single-modevezellasersligt in hun extreem fijne kerndiameter (typisch 8-14 μm). Volgens de theorie van de golfoptica kan zo'n fijne kern slechts één elektromagnetische veldmodus (d.w.z. de fundamentele modus LP₀₁ of HE₁₁ modus) stabiel doorlaten, dat wil zeggen de single mode. Dit elimineert het intermodale dispersieprobleem dat bestaat in multimodevezels, dat wil zeggen het fenomeen van pulsverbreding veroorzaakt door de voortplanting van verschillende modi met verschillende snelheden. Vanuit het perspectief van transmissiekarakteristieken is het padverschil van licht dat zich langs de axiale richting voortplant in singlemode optische vezels extreem klein, waardoor de uitgangsbundel een perfecte ruimtelijke coherentie en Gaussische energieverdeling heeft, en de bundelkwaliteitsfactor M² 1 kan benaderen (M²=1 voor een ideale Gaussische bundel).
Vezellasers zijn uitstekende vertegenwoordigers van de derde generatielasertechnologie, die glasvezels gedoteerd met zeldzame aardelementen als versterkingsmedium gebruiken. In het afgelopen decennium hebben single-mode fiberlasers een steeds belangrijker aandeel in de wereldwijde lasermarkt ingenomen dankzij hun unieke prestatievoordelen. Vergeleken met multi-mode fiberlasers of traditionele solid-state lasers, kunnen single-mode fiberlasers een ideale Gaussische bundel genereren met een bundelkwaliteit van bijna 1, wat betekent dat de bundel bijna de theoretische minimale divergentiehoek en het minimale focuspunt kan bereiken. Deze eigenschap maakt ze onvervangbaar in de verwerkings- en meetsectoren die hoge precisie en een lage thermische impact vereisen.
Plaatsingstijd: 19-11-2025