ერთმოდიანი ბოჭკოვანი ლაზერების ძირითადი პრინციპი

ძირითადი პრინციპიერთმოდიანი ბოჭკოვანი ლაზერები

ლაზერის გენერირებისთვის საჭიროა სამი ძირითადი პირობის დაკმაყოფილება: პოპულაციის ინვერსია, შესაბამისი რეზონანსული ღრუ და მიღწევალაზერიზღურბლი (რეზონანსულ ღრუში სინათლის მომატება დანაკარგზე მეტი უნდა იყოს). ერთმოდიანი ბოჭკოვანი ლაზერების მუშაობის მექანიზმი ზუსტად ამ ფუნდამენტურ ფიზიკურ პრინციპებზეა დაფუძნებული და ოპტიმიზაციას ბოჭკოვანი ტალღის გამტარების სპეციალური სტრუქტურის მეშვეობით აღწევს.

სტიმულირებული გამოსხივება და პოპულაციის ინვერსია ლაზერების გენერირების ფიზიკურ საფუძველს წარმოადგენს. როდესაც ტუმბოს წყაროს (ჩვეულებრივ, ნახევარგამტარული ლაზერული დიოდის) მიერ გამოსხივებული სინათლის ენერგია შეჰყავთ იშვიათმიწა იონებით (მაგალითად, იტერბიუმის Yb³⁺, ერბიუმ Er³⁺) დოპირებულ გამაძლიერებელ ბოჭკოში, იშვიათმიწა იონები შთანთქავენ ენერგიას და გადადიან ძირითადი მდგომარეობიდან აღგზნებულ მდგომარეობაში. როდესაც აღგზნებულ მდგომარეობაში მყოფი იონების რაოდენობა აღემატება ძირითად მდგომარეობაში მყოფ იონების რაოდენობას, წარმოიქმნება პოპულაციის ინვერსიული მდგომარეობა. ამ ეტაპზე, დაცემული ფოტონი გამოიწვევს აღგზნებული მდგომარეობის იონის სტიმულირებულ გამოსხივებას, რაც წარმოქმნის დაცემული ფოტონის სიხშირის, ფაზისა და მიმართულების ახალ ფოტონებს, რითაც მიიღწევა ოპტიკური გაძლიერება.

ერთრეჟიმიანი რეჟიმის ძირითადი მახასიათებლებიბოჭკოვანი ლაზერებიმდგომარეობს მათ უკიდურესად წვრილი ბირთვის დიამეტრში (როგორც წესი, 8-14 მკმ). ტალღური ოპტიკის თეორიის თანახმად, ასეთ წვრილ ბირთვს შეუძლია დაუშვას ელექტრომაგნიტური ველის მხოლოდ ერთი რეჟიმის (ანუ ფუნდამენტური რეჟიმის LP₀₁ ან HE₁₁ რეჟიმი) სტაბილური გადაცემა, ანუ ერთი რეჟიმი. ეს გამორიცხავს მრავალმოდიან ბოჭკოებში არსებულ ინტერმოდალური დისპერსიის პრობლემას, ანუ იმპულსის გაფართოების ფენომენს, რომელიც გამოწვეულია სხვადასხვა რეჟიმის სხვადასხვა სიჩქარით გავრცელებით. გადაცემის მახასიათებლების თვალსაზრისით, ერთმოდიან ოპტიკურ ბოჭკოებში ღერძული მიმართულებით გავრცელების სინათლის ბილიკის სხვაობა უკიდურესად მცირეა, რაც გამომავალ სხივს იდეალურ სივრცულ თანმიმდევრულობას და გაუსის ენერგიის განაწილებას ანიჭებს, ხოლო სხივის ხარისხის კოეფიციენტი M² შეიძლება მიუახლოვდეს 1-ს (M²=1 იდეალური გაუსის სხივისთვის).

ბოჭკოვანი ლაზერები მესამე თაობის გამორჩეული წარმომადგენლები არიან.ლაზერული ტექნოლოგია, რომლებიც იყენებენ იშვიათმიწა ელემენტებით დოპირებულ მინის ბოჭკოებს, როგორც გაძლიერების საშუალებას. ბოლო ათწლეულის განმავლობაში, ერთრეჟიმიანმა ბოჭკოვანმა ლაზერებმა გლობალურ ლაზერულ ბაზარზე სულ უფრო მნიშვნელოვანი წილი დაიკავეს, მათი უნიკალური უპირატესობების წყალობით. მრავალრეჟიმიან ბოჭკოვან ლაზერებთან ან ტრადიციულ მყარსხეულოვან ლაზერებთან შედარებით, ერთრეჟიმიან ბოჭკოვან ლაზერებს შეუძლიათ წარმოქმნან იდეალური გაუსის სხივი 1-თან ახლოს მყოფი სხივის ხარისხით, რაც ნიშნავს, რომ სხივს შეუძლია თითქმის მიაღწიოს თეორიულ მინიმალურ დივერგენციის კუთხეს და მინიმალურ ფოკუსირებულ წერტილს. ეს მახასიათებელი მას შეუცვლელს ხდის დამუშავებისა და გაზომვის სფეროებში, რომლებიც მოითხოვს მაღალ სიზუსტეს და დაბალ თერმულ ზემოქმედებას.