لیزرهای فیبری
-
 لیزرهای فیبری (Fiber Lasers)
تعریف: لیزرهایی که در آنها محیط فعال، فیبر آلاییده (با برخی عناصر) است یا لیزرهایی که مشدد[1] آن از فیبر ساخته شده است.
لیزرهای فیبری آن دسته از لیزرها هستند که محیط بهره در آنها از فیبرهای اپتیکی تشکیل شده است. اگرچه برخی از لیزرها با محیط بهره نیمه‌هادی (یک تقویت کننده اپتیکی نیمه‌هادی) و یک مشدد فیبری نیز لیزر فیبری نامیده (یا لیزرهای فیبری نیمه‌هادی) می‌شوند،دستگاه‌هایی شامل نوعی از لیزر (به عنوان مثال لیزرهای دیودی فیبر دار) و یک تقویت کننده فیبری نیز غالباً لیزر فیبری (یا سیستم‌های لیزر فیبری) نامیده می‌شوند.
در بسیاری از مواردمحیط بهره، فیبری با یون‌های عناصر خاکی کمیاب مانند اربیوم(Er3+)[2]، نئودیمیوم(Nd3+)[3]،ایتربیوم(Yb3+)[4]، تولیوم[5](Tm3+)، پراسئودیمیوم (Pr3+)[6] است که در فیبر تزریق شده و از یک یا چند لیزردیودی نیز برای دمش کردن استفاده می‌شود. بنابراین بسیاری از لیزرهای فیبری، لیزرهایی با دمش دیودیهستند.
اگرچه محیط بهره لیزرهای فیبری، شبیه لیزرهای نیمه‌هادی است، اما اثر موجبری و سطح موثر مدی[7] معمولا منجر به ویژگی‌های اساساً متفاوتی در این لیزرها می‌شود. به عنوان مثال لیزر با بهره بسیار بیشتری کار کرده و اتلاف کمی در مشدد دارند.
 
شکل1: چیدمانیکلیزرفیبریساده. نوردمشازطرفچپازمیانیکآینهدی‌کروییکبهفیبرآلاییدهتزریقمی‌شود. نورلیزرتولیدشدهازطرفراستبیرونکشیدهمی‌شود.
 
مشددهای لیزر فیبری
برای ساخت مشدد لیزر با فیبر، نیاز به نوعی منعکس کننده (آینه) است که مشدد خطی تشکیل شود یا می‌توان یک لیزر حلقوی[8] فیبری ساخت. انواع مختلفی از آینه‌ها در لیزرهای فیبری با مشدد خطی استفاده می‌شود:
شکل 2: یکلیزرسادهفمتوثانیهباتزریقاربیومکهانعکاسفرنلازانتهایفیبربرایبرایتزویجنورخروجیاستفادهمی‌شود.
 
  • در چیدمانهای آزمایشگاهی ساده، آینه‌های دی‌الکتریک معمولی همان طور که در شکل 1 دیده
    می‌شود، به طور عمودی، در نزدیکی انتهای فیبر برش داده شده قرار می‌گیرند. این رویکرد خیلی عملی نبوده و پایداری بالایی ندارد.
  • انعکاس فرنل از انتهای فیبر لخت غالباً برای تزویج نور خروجی[9] از لیزر فیبری کافی بوده و شکل 2 این مطلب را نشان می‌دهد.
  • لایه‌های دی‌الکتریک می‌توانبا روش تبخیر، بر انتهای فیبر نشاند. چنین لایه‌هاییمی‌توانند موجب انعکاس در محدوده وسیعی از طول‌موج‌ها شوند.
  • برای محصولات تجاری از توری‌های براگ فیبری[10] استفاده می‌شود که یا به طور مستقیم روی فیبر فعال ساخته می‌شود و یا بر روی فیبر غیرفعال ساخته شده و به فیبر فعال جوش داده می‌شود. شکل 3 یک لیزر با انعکاس دهنده‌ی براگی توزیع شده(DBR)[11]، با دو توری براگ فیبری را نشان می‌دهد. اما لیزرهایی با فیدبک توزیع شده(DFB)[12] وجود دارند که در آنها فقط از یک توری براگ ساخته شده بر روی ماده فعال با یک شیفت فازی در وسط آن، استفاده شده است.
 
شکل 3: لیزرفیبریDBRکوتاهباگسیلپهنایخطینازک.
 
شکل 4: انعکاسدهنده‌یانتهاییباعدسیوآینه.
 
  • با موازی‌سازی پرتو خروجی فیبر با یک عدسی و انعکاس پرتو رو به عقب، با استفاده از یک آینه دی‌الکتریک،قابلیت بهتریبرای دست‌یابی به توان، به دست می‌آید (شکل 4). شدت بر روی آینه، تا حد زیادی، به دلیل بزرگ شدن سطح پرتو کاهش می‌یابد. اما به هم خوردن تنظیمات هرچند به مقدار کوچک، موجب اتلاف قابل توجه در نور انعکاسی می‌شود. علاوه بر این، انعکاس‌های فرنل اضافی در انتهای فیبر، می‌تواند منجر به اثرات فیلتر و شبیه آن شود.اثر مذکور با استفاده از فیبرهایی با انتهای برش داده شده رفع می‌شود، که البته خودمی‌تواند موجب اتلاف وابسته به قطبش باشد.
 
شکل 5: آینهحلقویفیبر
 
  • گزینه دیگر ساخت یک آینه حلقوی فیبری[13] (شکل 5) با استفاده از یک تزویجگر فیبری[14](به عنوان مثال با نسبت شکافندگی 50 :50) و مقداری فیبر غیرفعال است.
بسیاری از لیزرهای فیبری با یک یا چند لیزر دیودی تزویج شده به فیبر[15]دمش می‌شوند. نور دمش می‌تواند مستقیم به مغزی فیبر یا در توان‌های بالا، به مقدار زیاد، در غلاف فیبر تزویج شودکه با جزئیات در زیر مورد بحث قرار می‌گیرند.
انواع مختلفی از لیزرهای فیبری وجود دارند که برخی از آنها در زیر مورد بحث قرار می‌گیرند.
لیزرهای فیبری پرتوان
در واقع اولین لیزرهای فیبری فقط چندین میلی وات توان داشتند. اما هم اکنون لیزرهای فیبری پر توانی وجود دارند که از یک تک فیبر توانی معادل با چند صد وات و گاهی چندین کیلو وات تولید می‌کنند. این قابلیت ناشی از نسبت بزرگ سطح به حجم در فیبر (که موجب اجتناب از گرم شدن بیش از حد فیبر می‌شود) و اثر موجبری آن است که حتی در گرم شدگی قابل توجه از مشکلات ترمواپتیکی اجتناب می‌شود.
لیزرهای فیبریتبدیل بالا
مبحث لیزر فیبری، برای درک لیزرهای تبدیل بالا بسیار مناسب است. این لیزرها، غالباً باید در گذارهای لیزری نسبتاً پیچیده‌، عمل کنند و نیاز به شدت دمش بالا دارند. یک لیزر فیبری، چنین شدت‌های دمش بالا را به راحتی، در طول بلند ایجاد می‌کند. بنابراین با توجه به این ویژگی و بازده بهره‌ی بالا قابل دست‌یابی در طول‎های بلند، استفاده از لیزرهای فیبری، در گذارهای با بهره پایین، مناسب است. 
در بسیاری از موارد، شیشه سیلیکا، برای لیزرهای فیبری تبدیل بالا مناسب نیست، زیرا پدیده‌یتبدیل بالا نیاز به طول‌عمر نسبتاً طولانی ترازهای الکترونی میانی داشته و چنین طول‌عمری در فیبرهای سیلیکا به دلیل انرژی فونون بالا، بسیار کوچک است. بنابراین غالباً از فیبرهای فلوئوراید با فلزات سنگین مانند ZBLAN (یک فلوروزیرکونات[16]) استفاده می‌شود.
لیزرهای فیبری تبدیل بالای معروف، بر اساس فیبرهای تزریق شده با تولیوم برای تولید نور آبی(شکل 6)، پراسئودیوم (که می‌تواند با تزریق ایتربیوم نیز باشد) برای تولید نور قرمز، نارنجی یا آبی و اربیوم برای تولید نور سبز می‌باشند.
شکل 6: شماتیکیازترازهاییون‌هایتولیوم (Tm3+) در فیبرZBLAN که نشان می‌دهدچگونهتحریکشدگیبالیزریبهطول‌موجnm1140 منجربهفلوروسانسآبیوگسیللیزریمی‌شود.
لیزرهای فیبری با پهنای خط نازک
لیزرهای فیبری می‌توانند به گونه‌ای ساخته شوند که در یک تک مد طولی عمل کنند طوری که پهنای طیفی آن چندین کیلو هرتز و یا حتی کمتر از یک کیلو هرتز باشد. به منظور دستیابی به عملکرد تک مد با پایداری طولانی مدت و بدون نیاز به ملزوماتی جهت پایداری درجه حرارت لیزر، نیاز به مشددی با طول نسبتاً کوتاه ( مثلاً از مرتبه 5 سانتیمتر) است، ولو اینکه یک مشددبلندتر در اصل نویز فازی کمتری داشته و متناظراً منجر به پهنای طیفی کوچک تری می‌شود. در دو انتهای فیبر توری های براگ فیبری وجود دارند که یک تک مد از مشدد را انتخاب می کنند. توان های خروجی نوعی از چندین میلی وات تا ده ها میلی وات است. هرچند لیزرهای فیبری تک مدی نیز ساخته شده اند که توان تقریبی آنها به یک وات هم می رسد.
حد نهایی لیزر فیبری تک فرکانس، لیزرهایی با فیدبک توزیع شده است که کل مشدد از یک توری براگ فیبری با یک شیفت فازی در وسط تشکیل شده است. در اینجا طول مشدد به قدری کوتاه است که توان خروجی و پهنای طیفی می‌تواند به خطر بیافتد، اما ویژگی تک فرکانس بودن بسیار پایدار است.
البته تقویت بیشتر برای رسیدن به توان‌های بالاتر، در یک تقویت‌کننده‌ی فیبری، امکان پذیر است.
لیزرهای فیبری Qسوئیچ شده
با روش‌های مختلف Qسوئیچ فعال یا غیرفعال، لیزرهای فیبری می‌توانند برای تولید پالس‌هایی در محدوده ده‌ها تا صدها نانو ثانیهاستفاده شوند(به عنوان مثال شکل 7 را ببینید). انرژی قابل دست‌یابی برای هر پالس توسط فیبرهایی با سطح مدی بزرگ، می‌تواند از چندین میلی‌ژول تا حد نهایی آن یعنی چند ده میلی‌ژول باشد و اساساً به وسیله انرژی اشباع (حتی برای فیبرهای با سطح میدان بزرگ) و آستانه‌ی آسیب (به ویژه برای پالس‌های کوتاه‌تر) محدود می‌شود.
کلیه چیدمان‌های تمام فیبری (بدون وجود اپتیک فضای آزاد)کاملاً به وسیله انرژی قابل دست‌یابی برای هر پالس محدود می‌شوند به طوری که آنها به صورت طبیعی، توسط فیبرهای با سطح میدان مدی بزرگ و Qسوئیچ‌های موثر قابل تحقق نیستند.
به دلیل بهره بالا، در لیزرهای فیبری، جزئیات کیفیت Qسوئیچ با لیزرهای حجمی متفاوت بوده و بسیار پیچیده‌تر است. غالباً یک ریز ساختار زمانی،همراه با چندین اسپایک[17] تیز را می‌توان به دست آورد و امکان تولید پالس‌های Qسوئیچ شده با پهنای زمانی کمتر از زمان رفت و برگشت کامل در مشدد(نوعاً طولانی) وجود دارد.
شکل 7: لیزر فیبریQ-سوئیچساده. چیدمان دقیقاً مانند لیزر قفل مدی نشان داده شده در شکل 2 است، اما پارامترهایSESAM متفاوت هستند.
لیزرهای فیبری قفل مدی
برای ساخت لیزرهای فیبری قفل مدی، چیدمان مشدد بسیار پیچیده‌ای (لیزرهای فیبری فوق سریع) جهت تولید پالس‌های فمتوثانیه یا پیکوثانیه مورد استفاده قرار می‌گیرند. در اینجا مشدد لیزر ممکن است شامل مدولاتور فعال یا نوعی جاذب اشباع‌پذیر[18] باشد. یک جاذب اشباع‌پذیر مصنوعی با استفاده از اثر چرخش قطبش غیرخطی یا یک آینه حلقوی فیبری، می‌تواند ساخته شود. به عنوان مثال یک آینه حلقوی غیرخطی، همان طور که در شکل 8 نشان داده شده است، در ساختار هشت لیزری[19] مورد استفاده قرار می‌گیرد. مشدد اصلی در طرف چپ قرار می‌گیرد و یک حلقه‌ی فیبری غیرخطی عمل تقویت، شکل‌دهی و تثبیت پالس‌های فوق کوتاه چرخان را انجام می‌دهد. به ویژه برای قفل مدی هماهنگ[20]، المان‌های بیشتری مانند ریز کاواک‌ها که به عنوان فیلترهای اپتیکی عمل می‌کنند، می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند.
برای جزئیات بیشتر در رابطه با لیزرهای فیبری فوق سریع، مقاله‌ی در ارتباط با لیزرهای فیبری قفل مدی ببینید.
 
شکل 8: چیدمانساختارهشت لیزری، که با جزئیات درمقاله‌های مرتبط بالیزرهای فیبری قفل مدی توضیح داده شده است.
 
لیزرهای فیبری رامان
نوع خاصی از لیزرهای فیبری، لیزرهای رامان فیبری هستند که بر اساس بهره‌ی رامان، و بر پایه‌ی ویژگی غیرخطی، در فیبر کار می‌کنند. در چنین لیزرهایی معمولاً از فیبرهای نسبتاً بلند، که گاهی ویژگی‌های غیرخطی آنها افزایش یافته است، و توان‌های دمش، از مرتبه‌ی یک وات،استفاده می‌شود. با استفاده از جفت توری‌های براگ متعدد، تبدیل رامان در چندین مرحله می‌تواند انجام شود که مانند یک پل چند صد نانومتری، بین نور دمش و طول‌موج خروجی است. به عنوان مثال لیزرهای فیبری رامان در ناحیه 1 میکرومتر دمش می‌شوند و نور 4/1 میکرومتر تولید می‌کنند که خود برای دمش تقویت‌کننده‌های اربیوم 5/1 میکرومتری مورد نیاز است.
لیزرهای فیبری با تقویت‌کننده‌های اپتیکی نیمه‌‌هادی
برخی از لیزرها وجود دارند که دارای یک تقویت‌کننده اپتیکی نیمه‌هادی (SOA)[21] بوده و محیط بهره در مشدد از فیبر تشکیل یافته است. اگرچه فرایند واقعی لیزدهی در فیبر اتفاق نمی‌افتد با این وجود چنین فیبرهایی، گاهی لیزر فیبری نامیده می‌شوند. آنها نوعاً توان کوچکی از مرتبه‌ی میلی‌وات یا حتی کمتر تولید می‌کنند. آنها از ویژگی‌های بسیار متفاوت محیط بهره نیمه‌هادی به ویژه انرژی اشباع کمتر و طول عمر تراز بالایی کمتر در مقایسه با فیبر تزریق شده با عناصر خاکی کمیاب استفاده می‌کنند. چنین لیزرهایی گذشته از تولید نور همدوس، می‌توانند برای پردازش اطلاعات در سیستم‌های ارتباطی فیبر اپتیکی به عنوان مثال در تبدیل طول‌موجی کانال‌های دیتا بر اساس اثرات اشباع عرضی مورد استفاده قرار گیرند.
جاذبه‌های ویژه فیبرها به عنوان محیط بهره لیزری
  • به عنوان مثال فیبرها می‌توانند حلقه شوند و انتشار پرتو در فیبر از عوامل محیطی(مانند گرد و غبار) محافظت می‌شود. لیزرهای فیبری می‌توانند چیدمان محکم و فشرده‌ای داشته باشند. کل مشدد لیزر می‌تواند از المان‌های فیبری(چیدمان تمام فیبری)، مانند توری‌های براگ فیبری و تزویج‌گرهای فیبری، ساخته شود(یعنی از اپتیک فضای آزاد و تنظیمات مربوطه اجتناب می‌شود).
  • محیط بهره‌ی فیبری، به دلیل گذارهای به شدت پهن شده در شیشه، دارای پهنای باند وسیعی بوده که اجازه تنظیم طول‌موجی گسترده و تولید پالس‌های فوق کوتاه را می‌دهد. همچنین لیزرهای فیبری ناحیه طول‌موجی وسیعی برای جذب خوب نور دمش دارند، به گونه‌ای که نیاز به طول‌موج دقیق نبوده و تثبیت دمای دیودهای دمش غیرضروری می‌باشد.
  • کیفیت باریکه محدود به پراش، در صورت استفاده از فیبرهای تک-مد و حتی گاهی با فیبرهای چند-مدی به راحتی قابل دست‌یابی است.
  • به دلیل بازده بهره‌ی بالای فیبرهای تزریق شده، لیزرهای فیبری، پتانسیل کار با توان‌های دمش کوچک را دارا می‌باشند. همچنین به دست آوردن بازده توان بالا امکان‌پذیر است.
  • در سال‌های اخیربه طور متقاعد کننده‌ای، پتانسیل ساخت لیزرهای بسیار پرتوان (چندین کیلووات با فیبرهای دو غلافه) نشان داده شده است.
  • علاوه بر موجبری که اجازه دمش شدت‌های بالا در طول بلند را می‌دهد، لیزرهای فیبری می‌توانند حتی برای گذارهای لیزری مشکل (به عنوان مثال لیزرهای تبدیل بالا) مورد استفاده قرار گیرند.
از سوی دیگر، لیزرهای فیبری، می‌توانند معایبی نیز داشته باشند:
  • هنگامی که نور دمش از فضای آزاد به مغزی فیبر تک-مد تزویج می‌شود، تنظیمات بسیار حساس است. این مساله می‌تواند با استفاده از دیودهای فیبردار رفع شود.
  • در بسیاری از فیبرها، قطبش، وابستگی پیچیده‌ای به دما دارد مگر اینکه از فیبرهای حفظ‌کننده‌ی قطبش[22] یا چرخنده‌های فارادی استفاده شود. البته چنین اقداماتی با چرخش پلاریزاسیون غیرخطی در سیستم‌های قفل مدی سازگار نیست.
  • آثار غیرخطی معمولاً کارایی لیزر را محدود می‌کنند، به عنوان مثال در توان قابل دست‌یابی برای عملکرد تک-مد و کیفیت پالس در لیزرهای قفل مدی این محدودیت را می‌توان دید. برای نمونه باندهایکناری[23]Kellyغالباًقابل مشاهده هستند، در حالی که در لیزرهای قفل مدی حجمی، به ندرت چنین اثری دیده می‌شود.
  • در توان‌های بالا خطر آسیب به فیبر حتی در زیر آستانه‌ی آسیب فیبر وجود دارد (فایبر فیوز[24]).
  • فیبرها، میزان بهره و جذب دمش محدودی در واحد طول دارند و این امر امکان ساخت مشددهای بسیار کوتاه را به عنوان مثال برای لیزرهای تک-مد یا لیزرهای قفل مدی چندین گیگا هرتزی مشکل می‌نماید. به هر حال توسعه فیبرهای با تزریق بالا معمولاً با شیشه‌های فسفات موجب پیشرفت خوبی در حل این مساله شده است.
همچنین توجه کنید که در بسیاری از موارد، طراحی لیزرهای فیبری اساساً از لیزرهای حجمیبسیار سخت‌تر است. این نتایج، بنا به دلایل متفاوتی به دست آمده، که شامل اثرات اشباع قوی ایجاد شده به علت شدت‌های اپتیکی بالا، رفتار شبه سه ترازه‌ی تقریبی در همه‌ی گذارهای لیزر فیبری و مکانیسم پیچیده‌ی تولید پالس در لیزرهای قفل مدی می‌باشد. لذا پروژه‌ی طراحی لیزر می‌تواند بسیار هزینه‌بر باشد.
مقاله‌ی در ارتباط با مقایسه‌ی لیزرهای فیبری و لیزرهای حجمی،نقاط قوت و نقاط ضعف لیزرهای فیبری و لیزرهای حجمی را نشان می‌دهد. همچنین مقاله‌ی در ارتباط با افزایش توان در لیزرها، شامل دستگاه‌های فیبری پرتوان را ببینید.
مدل‌سازی لیزر فیبری
 بنا به دلایل متعددی جنبه‌های تکنیکی در لیزرهای فیبری نسبت به لیزرهای حجمی بسیار پیچیده‌تر است.
  • لیزرهای فیبری، نوعاً با بهره‌ی بالاتر و اتلاف مشدد بیشتری کار می‌کنند.
  • شدت‌های اپتیکی در لیزرهای فیبری، غالباً بسیار بیشتر از شدت اشباع می‌باشند که منجر به اثرات اشباع قوی (حتی برای نور دمش) می‌شوند.
  • بسیاری از فیبرهای فعال، سیستم شبه سه ترازه دارند و ویژگی‌های عملکرد آنها بسیار پیچیده‌تر از لیزرهای چهار ترازه می‌باشد.
  • سیستم‌های لیزر فیبری غالباً بسیار پیچیده‌اند، به عنوان مثال می‌توان به طراحی تقویت‌کننده‌ی توان با اسیلاتور اصلی[25] اشاره کرد.
بنا به این دلایل، جزئیات عملکرد یک لیزر فیبری (یا سیستم لیزر فیبری) غالباً با محاسبات تحلیلی ساده قابل فهم نیست. شبیه‌سازی‌های عددی که به وسیله‌ی نرم‌افزار شبیه‌سازی فیبر انجام می‌شود، برای محاسبه‌ی کارایی لیزر، تحلیل اثرات مخرب و بهینه نمودن نمونه‌ی اولیه و طراحی‌های محصول می‌باشد. چنین شبیه‌سازی‌هایی، جنبه‌های تکنیکی بسیاری را مشخص می‌کنند:
  • مدل‌سازی معادلات نرخ برای محاسبه‌ی رفتار یون‌های فعال یا ترکیب یون‌ها شامل فرایندهای انتقال انرژی می‌توانند به کار روند.
  • یک تحلیل‌گر مد، یعنی یک محاسبه کننده‌ی مدهای فیبری، می‌تواند ورودی، برای محاسبات بعدی، به ویژه برای پروفایل‌های شدت مدی را تولید کند.
  • در برخی از موقعیت‌ها، انتشار باریکه‌ی عددی مورد علاقه است. به عنوان مثال این عمل غالباً در فیبرهای دارای مدهای زیاد،شامل غلاف دمش، در فیبرهای دو غلافه، انجام می‌شود.
  • الگوریتم‌های اصلاح‌شده برای محاسبه حالت پایدار در لیزرها و تقویت‌کننده‌ها با یک راه‌حل خودسازگار  برای شدت‌های اپتیکی و چگالی‌های تحریک یون‌های فعال لیزر در سراسر فیبر مورد نیاز است. (توجه شود که شدت‌های اپتیکی و چگالی‌های تحریک به طور متقابل برهم اثر می‌گذارند.)
  • به عنوان مثال مدل‌‌های دینامیکی، برای محاسبه‌ی تقویت پالس و Qسوئیچ استفاده می‌شوند.
  • انتشار پالس‌های فوق کوتاه در فیبرها به طور عددی تحت تأثیر اثراتی نظیر بهره، پهنای باند بهره‌ی محدود شده، پاشندگی رنگی[26]، آثار غیرخطی مختلف و غیره شبیه‌سازی می‌شوند.
به عنوان یک مثال برای طرح‌های شگفت‌انگیز، حتی برای لیزرهای فیبری ساده، شکل 9 توان‌های اپتیکی و چگالی‌های تحریک، در طول فیبر یک لیزر فیبری تک مد، با تزریق Yb، را نشان می‌دهد. یک توری براگ فیبری با بیشترین انعکاس 25 درصدی در طول‌موج nm1030 در طرف راست، به عنوان تزویج‌گر خروجی عمل
 می‌کند، در حالی که یک توری براگ با انعکاس بالا، در طرف چپ مورد استفاده قرار می‌گیرد. نور دمش (در nm975) به این توری تزویج می‌شود. یک نقصان تقریباً خطی (تا حدودی نمایی) در توان دمش از سمت چپ، در نتیجه‌ی اشباع دمش قوی، ایجاد می‌شود. فیبر تا حدی طولانی است، به گونه‌ای که منجر به جذب مجدد اندکی از سیگنال در طرف راست می‌شود. علی‌رغم تمام شدن نور دمش، جذب مجدد، موجب تحریک قابل توجهی از یون‌های ایتربیوم و کاهش اندکی در توان سیگنال خروجی می‌شود. اتلاف ناشی از ASE (که در اینجا نشاد داده نشده است) قابل چشم‌پوشی است.
شکل 9: توان‌هایاپتیکیوچگالی‌هایتحریکدرطولفیبرلیزرفیبریتک-مدYb،دمششدهازمغزیدرطول‌موجnm975. توجهشودکهتوانسیگنالداخلکاواکمی‌تواندازتواندمشبیشترباشدوتنهابخشیازاینتوانمی‌تواندخارجشود. شبیه‌سازی با نرم افزار RP Fiber Power انجام شده است.
 
در شکل 10، از توری براگ nm1080 استفاده شده است. سطح مقطع گسیل پایین‌تر در nm1080 منجر به درجه‌ی بیشتری از برانگیختگی Yb و بنابراین جذب دمشضعیف‌تری می‌شود. این موضوع نشان می‌دهد که طول فیبر مورد نیاز نه تنها به ویژگی‌های جذب طول‌موج دمش بستگی دارد، بلکه به جزئیات سیگنال مانند طول‌موج سیگنال و اتلاف مشدد نیز وابسته است.
 
شکل 10: همانشکل 9، با این تفاوت که از توری براگ با طول‌موجnm1080 استفادهشدهاست.
 
اگر طول فیبر در مورد آخری به 7/0 متر کاهش یابد، می‌توان انتظار کاهش توان خروجی به دلیل جذب دمش ناقص را داشت. به هر حال یک شبیه‌سازی (که در اینجا نشان داده نشده است) نشان می‌دهد که لیزر دهی کاملاً متوقف می‌شود و 94% از توان دمش در طرف راست، فیبر را ترک می‌کند. چگالی تحریک نمودن 50% از یون‌های Yb در سرتاسر فیبر برای آستانه‌ی لیزر دهی کافی نخواهد بود. برای طول‌موج دمش کاهش یافته nm940،علی‌رغم کم شدن سطح مقطع جذب دمش به دلیل ضعیف شدن اثرات اشباع دمش، مجدداً لیزر دهی غیرممکن خواهد بود.
مراجع
[1] E. Snitzer, “Proposed fiber cavities for optical masers”, J. Appl. Phys. 32 (1), 36 (1961)
[2] E. Snitzer, “Optical maser action in Nd3+ in a Barium crown glass”, Phys. Rev. Lett. 7 (12), 444 (1961)
[3] C. J. Koester and E. Snitzer, “Amplification in a fiber laser”, Appl. Opt. 3 (10), 1182 (1964)
[4] C. A. Burrus and J. Stone, “Nd3+ doped SiO2 lasers in an end-pumped fiber geometry”, Appl. Phys. Lett. 23 (7), 388 (1973)
[5] J. Stone and C. A. Burrus, “Neodymium-doped fiber lasers: room temperature CW operation with an injection laser pump”, Appl. Opt. 13 (6), 1256 (1974)
[6] R. J.Mears, L. Reekie, S. B. Poole, and D. N. Payne, “Neodymium-doped silica single-mode fibre lasers”, Electron. Lett. 21 (17), 738 (1985)
[7] L. Reekieet al., “Diode-laser-pumped Nd3+-doped fibre laser operating at 938 nm”, Electron. Lett. 23, 884 (1987)
[8] W. L. Barnes et al., “Er3+-Yb3+ and Er3+ doped fiber lasers”, J. Lightwave Technol. 7, 1461 (1989)
[9] D. C. Hanna et al., “A 1-watt thulium-doped cwfibre laser operating at 2 μm”, Opt. Commun. 80, 52 (1990)
[10] A. C. Tropperet al., “Thulium-doped silica fiber lasers”, Proc. SPIE 1373, 152 (1991)
[11] R. B. Smart et al., “CW room temperature تبدیل بالا lasing at blue, green and red wavelengths in infrared-pumped Pr3+-doped fluoride fibre”, Electron. Lett. 27 (14), 1307 (1991)
[12] H. M. Pasket al., “Ytterbium-doped silica fiber lasers: versatile sources for the 1–1.2 μm region”, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 1 (1), 2 (1995)
[13] P. Xie and T. R. Gosnell, “Room-temperature تبدیل بالا fiber laser tunable in the red, orange, green, and blue spectral regions”, Opt. Lett. 20 (9), 1014 (1995)
[14] R. Paschottaet al., “230 mW of blue light from a Tm-doped تبدیل بالاfibre laser”, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 3 (4), 1100 (1997)
[15] Y. Takushimaet al., “Polarization-stable and single-frequency fiber lasers”, J. Lightwave Technol. 16 (4), 661 (1998)
[16] V. Dominic et al., “110 W fibrelaser”, Electron. Lett. 35, 1158 (1999)
[17] S. D. Jackson et al., “Diode-pumped 1.7 W erbium 3-μm fiber laser”, Opt. Lett. 24 (16), 1133 (1999)
[18] M. Pollnau and S. D. Jackson, “Erbium 3-μm fiber lasers”, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 7 (1), 30 (2001)
[19] Y. Jeonget al., “Ytterbium-doped large-core fiber laser with 1.36 kW continuous-wave output power”, Opt. Express 12 (25), 6088 (2004)
[20] A. Polynkinet al., “Single-frequency fiber ring laser with 1 W output power at 1.5 μm”, Opt. Express 13 (8), 3179 (2005)
[21] A. Tünnermannet al., “Fiber lasers and amplifiers: an ultrafast performance evolution”, Appl. Opt. 49 (25), F71 (2010)
[22] M. J. F. Digonnet, Rare-Earth-Doped Fiber Lasers and Amplifiers, 2nd edn., CRC Press, Boca Raton, FL (2001)
[23] R. Paschotta, tutorial on "Modeling of Fiber Amplifiers and Lasers"
[24] R. Paschotta, Field Guide to Optical Fiber Technology, SPIE Press, Bellingham, WA (2010)
 
 

[1]Resonator
[5]Thulium
[6]Praseodymium
[8]Ring Laser
[9]Output Coupler
[10]Fiber Bragg Gratings
[11]Distributed Bragg Reflector Lasers
[12]Distributed Feedback Lasers
[13]Fiber Loop Mirror
[14]Fiber Coupler
[16]Fluorozirconate
[17]Spike
[18]SaturableAbsorber
[19]Figure-of-Eight Laser
[24]Fiber Fuse
[25]Master Oscillator Power Amplifier
 
1394/9/7