تصميم المسار البصري للألياف المستقطبةليزر ذو خط عرض ضيق
1. نظرة عامة
ليزر ضيق النطاق بألياف مستقطبة بطول موجة 1018 نانومتر. يبلغ طول الموجة العاملة 1018 نانومتر، وطاقة خرج الليزر 104 واط، ويبلغ عرض الطيف 3 ديسيبل و20 ديسيبل حوالي 21 جيجاهرتز و72 جيجاهرتز على التوالي، ونسبة انطفاء الاستقطاب أكبر من 17.5 ديسيبل، وجودة الشعاع عالية (2 × مولار - 1.62 و2 ي مولار).نظام الليزرمع كفاءة ميل تبلغ 79% (حوالي 1.63).
2. وصف المسار البصري
فيليزر الألياف المستقطبة ذو الخط الضيقيتكون مذبذب ليزر الألياف المستقطب خطيًا من زوج من شبكات الألياف المحافظة على الاستقطاب، وألياف ضوئية ثنائية الغلاف بطول 1.5 متر، مشبعة بالإيتربيوم، 10/125 ميكرومتر، كوسيط كسب. معامل الامتصاص لهذه الألياف الضوئية عند طول موجي 976 نانومتر هو 5 ديسيبل/متر. يُضخ مذبذب الليزر بواسطة ليف ضوئي مقفل بطول موجي 976 نانومتر.ليزر أشباه الموصلاتبقدرة قصوى تبلغ 27 واط من خلال مُجمِّع شعاع (1+1)×1 مع الحفاظ على القطبية. تتميز الشبكة عالية الانعكاس بانعكاسية تزيد عن 99%، ويبلغ عرض نطاق الانعكاس 3 ديسيبل حوالي 0.22 نانومتر. تبلغ الانعكاسية المنخفضة للشبكة 40%، ويبلغ عرض نطاق الانعكاس 3 ديسيبل حوالي 0.216 نانومتر. تبلغ أطوال موجات الانعكاس المركزية لكلا الشبكتين 1018 نانومتر. لتحقيق التوازن بين طاقة خرج مرنان الليزر ونسبة كبت ASE، تم تحسين الانعكاسية المنخفضة للشبكة إلى 40%. يتم دمج الألياف الخلفية للشبكة عالية الانعكاس مع الألياف المكسبة، بينما يتم تدوير الألياف الخلفية للشبكة منخفضة الانعكاس بزاوية 90 درجة ويتم دمجها مع الألياف الخلفية لمرشح الكسوة. وبالتالي، يتطابق موضع ذروة طول موجة الانعكاس السريع للشبكة عالية الانعكاس مع طول موجة الانعكاس البطيء للشبكة منخفضة الانعكاس. وبهذه الطريقة، يمكن لليزر مستقطب واحد فقط أن يتذبذب في تجويف الرنين. يُرشّح ضوء المضخة المتبقي في غلاف الألياف الضوئية بواسطة مرشح غلاف ذاتي الصنع مُدمج في تجويف الرنين، ويُشطف ذيل الضفيرة الخارج بمقدار 8 درجات لمنع ارتداد الطرف والتذبذب الطفيلي.
3. المعرفة الأساسية
آلية توليد ليزرات الألياف المستقطبة خطيًا: بسبب ازدواجية الانكسار الناتجة عن الإجهاد، تمتلك الألياف الكمثرية الشكل، التي تحافظ على الاستقطاب، محوري استقطاب متعامدين، يُعرفان بالمحور السريع والمحور البطيء. ونظرًا لأن معامل انكسار المحور البطيء أكبر من معامل انكسار المحور السريع، فإن الشبكة المرسومة على ألياف الحفاظ على الاستقطاب لها طولان موجيان مركزيان مختلفان. يتكون تجويف الرنين في ليزر الألياف المستقطب خطيًا عادةً من شبكتين للحفاظ على الاستقطاب. وتتوافق أطوال موجات الشبكة منخفضة الانعكاس والشبكة عالية الانعكاس على المحور السريع والمحور البطيء على التوالي. وعندما يكون عرض نطاق انعكاس الشبكة المستقطبة ضيقًا بما يكفي، يمكن فصل أطياف النفاذية في اتجاهي المحور السريع والمحور البطيء، ويمكن أن يهتز كلا الطولين الموجيين داخل تجويف الرنين. وفقًا لمبدأ التذبذب ثنائي الطول الموجي للشبكة المحافظة على الاستقطاب، يُمكن في التجربة اعتماد طريقة اللحام المتوازي لتحقيق ذلك. أثناء اللحام، تُحاذى محاور الاستقطاب للشبكتين. وبهذه الطريقة، تتوافق قمتا الإرسال للشبكة عالية الانعكاس مع ذروتي الإرسال للشبكة منخفضة الانعكاس، مما يُتيح إنتاج ليزر ثنائي الطول الموجي.
في أنظمة الحفاظ على استقطاب الليزر الفعلية، يُعد الانحراف الخطي مؤشرًا مهمًا لتقييم خصائص خرج الليزر المستقطب خطيًا. عمومًا، تكون فترة الشبكة عالية الانعكاس أكبر من فترة الشبكة منخفضة الانعكاس. وللحصول على ليزر مستقطب خطيًا بقيمة PER عالية، يلزم اهتزاز قمة استقطاب واحدة فقط. عندما يكون المحور السريع للشبكة منخفضة الانعكاس على طول المحور البطيء للشبكة عالية الانعكاس، يتوافق الطول الموجي المركزي في اتجاه المحور السريع للشبكة منخفضة الانعكاس مع الطول الموجي في اتجاه المحور البطيء للشبكة عالية الانعكاس، بينما لا تتوافق ذروة النقل في اتجاه المحور البطيء للشبكة منخفضة الانعكاس مع ذروة النقل في اتجاه المحور السريع للشبكة عالية الانعكاس. وبهذه الطريقة، يمكن اهتزاز قمة نقل واحدة. وبالمثل، عندما يكون المحور البطيء لشبكة منخفضة الانعكاس على طول المحور السريع لشبكة عالية الانعكاس، فإن الطول الموجي المركزي للمحور البطيء لشبكة منخفضة الانعكاس يتوافق مع طول المحور السريع لشبكة عالية الانعكاس، بينما لا يتوافق ذروة انتقال المحور السريع لشبكة منخفضة الانعكاس مع طول المحور البطيء لشبكة عالية الانعكاس. وبهذه الطريقة، يمكن أيضًا اهتزاز ذروة انتقال واحدة. يمكن لكلا الطريقتين المذكورتين أعلاه تحقيق خرج ليزر مستقطب خطيًا. ووفقًا لمبدأ تذبذب الليزر المستقطب خطيًا أحادي الطول الموجي لشبكة الحفاظ على الاستقطاب، يمكن في التجربة اعتماد طريقة الوصل المتعامد لتحقيق ذلك. عندما تكون زاوية الوصل بين محاور الحفاظ على الاستقطاب للشبكة ذات الانعكاس العالي والشبكة ذات الانعكاس المنخفض 90 درجة، فإن ذروة النقل في اتجاه المحور البطيء للشبكة ذات الانعكاس العالي تتوافق مع ذروة النقل في اتجاه المحور السريع للشبكة ذات الانعكاس المنخفض، وبالتالي يمكن تحقيق إخراج ليزر الألياف المستقطب خطيًا بطول موجي واحد.
وقت النشر: ١٢ سبتمبر ٢٠٢٥