Wie funktioniert Faserlaser?

Faserlaser ist ein Gerät, das mit Seltenen Erden dotierte Glasfasern als Verstärkungsmedium zur Erzeugung der Laserleistung verwendet. Faserlaser können auf der Basis von Faserverstärkern entwickelt werden. Da die Faserkerne in Faserlasern unter Einwirkung von Pumplicht sehr dünn sind, ist die interne Leistungsdichte der Faser hoch, was das Laserenergieniveau als "Besetzungsinversion" erscheinen lässt. Auf dieser Basis wird durch eine positive Rückkopplungsschleife ein Resonanzhohlraum gebildet, um eine Laserschwingung am Ausgang zu bilden.

Die Struktur der Faserlasers ähnelt dem herkömmlicher Festkörperlasers und Gaslasers, die hauptsächlich aus drei Teilen bestehen: Pumpquelle, Verstärkungsfaser und Resonanzhohlraum. Unter diesen ist die Pumpquelle im Allgemeinen ein Hochleistungs-Halbleiterlaser, der als externe Energie verwendet wird, um das Verstärkungsmedium dazu zu bringen, eine Besetzungsinversion zu erreichen. Die Verstärkungsfaser ist eine Glasfaser, die mit Seltenerdmetallen dotiert ist und ein Verstärkungsmedium ist, das zur Erzeugung von Photonen verwendet wird. Der Resonanzhohlraum besteht im Allgemeinen aus zwei Spiegeln, um Photonen zurückzuspeisen und sie im Arbeitsmedium zu verstärken.

Das von der Pumpquelle emittierte Pumplicht wird über den Reflektor in das Verstärkungsmedium eingekoppelt. Da es sich bei dem Verstärkungsmedium um eine mit Seltenen Erden dotierte Faser handelt, wird das Pumplicht absorbiert, und die Seltenerdmetalle, das die Photonenenergie absorbiert hat, unterliegt einem Übergang der Energiepegel und realisiert die Besetzungsinversion. Die invertierten Teilchen passieren den anderen Spiegel, gehen vom angeregten Zustand in den Grundzustand über, setzen Energie frei und bilden eine stabile Laserleistung.

Seltenerd-dotierte Silica-Faserlaser basieren auf einer ausgereiften Silica-Fasertechnologie, sodass ein geringer Verlust und eine präzise Parametersteuerung garantiert sind. Durch die richtige Auswahl kann die Faser sowohl bei der Pumpwellenlänge als auch bei der Laserwellenlänge im Einzelmodus arbeiten und einen hohen Pumpwirkungsgrad erzielen. Das Verhältnis der Oberfläche zum Volumen der Faser ist groß und der Wärmeableitungseffekt ist sehr gut. Eine Pumpe mit geringer Leistung ist erforderlich, um einen Dauerstrichbetrieb zu erreichen. Faserlaser sind eine hocheffiziente Verbindung mit gewöhnlichen Fasern verschiedener Fasersysteme leicht zu realisieren. Daher hat er nicht nur bei der Kommunikation und Erfassung von optischen Fasern, sondern auch bei der medizinischen Behandlung, Messung und Instrumenten der Herstellung einen hohen Anwendungswert.

Je nach Art der Fasermaterialien werden Faserlasers in Kristallfaserlaser, nichtlineare optische Faserlaser, Seltenerd-dotierte Faserlaser und Kunststofffaserlaser unterteilt.

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