تصميم المسار البصري لليزر ذي الألياف المستقطبة ذي عرض الخط الضيق

تصميم المسار البصري للألياف المستقطبةليزر ذو عرض خط ضيق

1. نظرة عامة

ليزر ألياف مستقطب ذو عرض خط طيفي ضيق بطول موجي 1018 نانومتر. يبلغ طول الموجة العاملة 1018 نانومتر، وقدرة خرج الليزر 104 واط، وعرض النطاق الطيفي عند 3 ديسيبل و20 ديسيبل حوالي 21 جيجاهرتز و72 جيجاهرتز على التوالي، ونسبة إخماد الاستقطاب أكبر من 17.5 ديسيبل، وجودة الشعاع عالية (2 × M - 1.62 و2 × M).نظام ليزربكفاءة ميل تبلغ 79٪ (حوالي 1.63).

2. وصف المسار البصري

فيليزر الألياف المستقطبة ذو عرض الخط الضيقيتكون مذبذب الليزر الليفي ذو الاستقطاب الخطي من زوج من محززات الألياف الحافظة للاستقطاب، وليف ضوئي مزدوج الغلاف مطعّم بالإيتربيوم بطول 1.5 متر وقطر 10/125 ميكرومتر، يعمل كوسيط تضخيم. يبلغ معامل امتصاص هذا الليف البصري عند 976 نانومتر 5 ديسيبل/متر. ويتم ضخ مذبذب الليزر بواسطة ليزر مقفل الطول الموجي عند 976 نانومتر.ليزر أشباه الموصلاتبقدرة قصوى تبلغ 27 واط عبر مُجمِّع حزم ضوئية (1+1)×1 يحافظ على القطبية. تتميز الشبكة ذات الانعكاس العالي بانعكاسية تزيد عن 99%، وعرض نطاق انعكاس 3 ديسيبل يبلغ حوالي 0.22 نانومتر. أما الشبكة ذات الانعكاس المنخفض فتبلغ انعكاسيتها 40%، وعرض نطاق انعكاس 3 ديسيبل يبلغ حوالي 0.216 نانومتر. يبلغ طول موجة الانعكاس المركزية لكلا الشبكتين 1018 نانومتر. ولتحقيق التوازن بين قدرة خرج رنان الليزر ونسبة كبح الانبعاث التلقائي المحفز (ASE)، تم تحسين الانعكاسية المنخفضة للشبكة إلى 40%. تم دمج ألياف الذيل للشبكة ذات الانعكاس العالي مع ألياف التضخيم، بينما تم تدوير ألياف الذيل للشبكة ذات الانعكاس المنخفض 90 درجة ودمجها مع ألياف الذيل لمرشح التغليف. وبالتالي، يتطابق موضع ذروة طول موجة الانعكاس على المحور السريع للشبكة عالية الانعكاس مع موضع ذروة طول موجة الانعكاس على المحور البطيء للشبكة منخفضة الانعكاس. وبهذه الطريقة، لا يمكن إلا لليزر مستقطب واحد أن يتذبذب في تجويف الرنين. ويتم ترشيح ضوء الضخ المتبقي في غلاف الألياف البصرية بواسطة مرشح غلاف مصمم خصيصًا ومدمج في تجويف الرنين، ويتم شطف طرف التوصيل الخارجي بزاوية 8 درجات لمنع التغذية الراجعة من السطح النهائي والتذبذب الطفيلي.

3. المعرفة الأساسية

آلية توليد ليزرات الألياف المستقطبة خطيًا: نظرًا لانكسار الضوء الناتج عن الإجهاد، تحتوي الألياف الكمثرية الشكل الحافظة للاستقطاب على محورين استقطاب متعامدين، يُعرفان بالمحور السريع والمحور البطيء. وبشكل عام، نظرًا لأن معامل انكسار المحور البطيء أكبر من معامل انكسار المحور السريع، فإن المحزز المحفور على الألياف الحافظة للاستقطاب له طولان موجيان مركزيان مختلفان. يتكون تجويف الرنين في ليزر الألياف المستقطب خطيًا عادةً من محززين حافظين للاستقطاب. يتوافق طولا موجتي المحزز ذي الانعكاس المنخفض والمحزز ذي الانعكاس العالي على المحورين السريع والبطيء على التوالي. عندما يكون عرض نطاق الانعكاس للمحزز الحافظ للاستقطاب ضيقًا بما يكفي، يمكن فصل أطياف النقل في اتجاهي المحور السريع والمحور البطيء، ويمكن لكلا الطولين الموجيين أن يهتزا داخل تجويف الرنين. استنادًا إلى مبدأ التذبذب ثنائي الطول الموجي للشبكة الحافظة للاستقطاب، يمكن في التجربة اعتماد طريقة اللحام المتوازي لتحقيق ذلك. أثناء اللحام، تتم محاذاة محاور الحفاظ على الاستقطاب للشبكتين. وبهذه الطريقة، تتطابق ذروتا النقل للشبكة ذات الانعكاس العالي مع ذروتي النقل للشبكة ذات الانعكاس المنخفض، وبالتالي يمكن الحصول على خرج ليزر ثنائي الطول الموجي.

في أنظمة الحفاظ على استقطاب الليزر الفعلية، يُعدّ الانحراف الخطي مؤشرًا هامًا لتقييم خصائص خرج الليزر المستقطب خطيًا. عمومًا، تكون دورة محزز عالي الانعكاس أكبر من دورة محزز منخفض الانعكاس. وللحصول على ليزر مستقطب خطيًا بقيمة عالية لنسبة الاستقطاب النبضي (PER)، يكفي اهتزاز قمة استقطاب واحدة. عندما يكون المحور السريع لمحزز منخفض الانعكاس موازيًا للمحور البطيء لمحزز عالي الانعكاس، يتطابق الطول الموجي المركزي في اتجاه المحور السريع لمحزز منخفض الانعكاس مع نظيره في اتجاه المحور البطيء لمحزز عالي الانعكاس، بينما لا تتطابق قمة النقل في اتجاه المحور البطيء لمحزز منخفض الانعكاس مع قمة النقل في اتجاه المحور السريع لمحزز عالي الانعكاس. وبهذه الطريقة، يمكن اهتزاز قمة نقل واحدة. وبالمثل، عندما يكون المحور البطيء لشبكة ذات انعكاسية منخفضة محاذيًا للمحور السريع لشبكة ذات انعكاسية عالية، فإن الطول الموجي المركزي للمحور البطيء للشبكة ذات الانعكاسية المنخفضة يتطابق مع نظيره في المحور السريع للشبكة ذات الانعكاسية العالية، بينما لا تتطابق ذروة النقل للمحور السريع للشبكة ذات الانعكاسية المنخفضة مع نظيرتها في المحور البطيء للشبكة ذات الانعكاسية العالية. وبهذه الطريقة، يمكن أن تهتز إحدى ذروتي النقل. ويمكن لكلتا الطريقتين المذكورتين أعلاه تحقيق خرج ليزر مستقطب خطيًا. وبناءً على مبدأ تذبذب الليزر المستقطب خطيًا أحادي الطول الموجي للشبكة الحافظة للاستقطاب، يمكن في التجربة اعتماد طريقة التوصيل المتعامد لتحقيق ذلك. عندما تكون زاوية وصل محاور الحفاظ على الاستقطاب لشبكة الانعكاس العالي وشبكة الانعكاس المنخفض 90 درجة، فإن ذروة النقل في اتجاه المحور البطيء لشبكة الانعكاس العالي تتوافق مع ذروة النقل في اتجاه المحور السريع لشبكة الانعكاس المنخفض، وبالتالي يمكن تحقيق خرج ليزر الألياف المستقطب خطيًا أحادي الطول الموجي.