การออกแบบเส้นทางแสงของเลเซอร์เส้นแคบแบบโพลาไรซ์ไฟเบอร์

การออกแบบเส้นทางแสงของไฟเบอร์โพลาไรซ์เลเซอร์เส้นแคบ

1. ภาพรวม

เลเซอร์เส้นแคบแบบโพลาไรซ์ไฟเบอร์ขนาด 1018 นาโนเมตร ความยาวคลื่นใช้งาน 1018 นาโนเมตร กำลังส่งเลเซอร์ 104 วัตต์ ความกว้างสเปกตรัม 3 เดซิเบล และ 20 เดซิเบล อยู่ที่ประมาณ 21 GHz และ 72 GHz ตามลำดับ อัตราส่วนการสูญเสียโพลาไรซ์มากกว่า 17.5 เดซิเบล และคุณภาพลำแสงสูง (2 x M – 1.62 และ 2 y M)ระบบเลเซอร์โดยมีประสิทธิภาพความลาดชัน 79% (∼1.63)

2. คำอธิบายเส้นทางแสง

ในเลเซอร์เส้นแคบแบบไฟเบอร์โพลาไรซ์ออสซิลเลเตอร์เลเซอร์ไฟเบอร์โพลาไรซ์เชิงเส้นประกอบด้วยเกรตติงไฟเบอร์ที่รักษาโพลาไรซ์หนึ่งคู่ และไฟเบอร์ที่รักษาโพลาไรซ์แบบหุ้มสองชั้นขนาด 10/125 ไมโครเมตรที่เจือด้วยอิตเทอร์เบียม ยาว 1.5 เมตร เป็นตัวกลางขยาย ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนของเส้นใยแก้วนำแสงนี้ที่ความยาวคลื่น 976 นาโนเมตรคือ 5 เดซิเบล/เมตร ออสซิลเลเตอร์เลเซอร์ถูกปั๊มโดยเส้นใยแก้วที่ล็อกความยาวคลื่น 976 นาโนเมตรเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ด้วยกำลังสูงสุด 27 วัตต์ ผ่านตัวรวมลำแสงแบบรักษาขั้ว (1+1)×1 เกรตติงสะท้อนแสงสูงมีค่าการสะท้อนแสงมากกว่า 99% และแบนด์วิดท์การสะท้อนแสง 3 เดซิเบลอยู่ที่ประมาณ 0.22 นาโนเมตร เกรตติงสะท้อนแสงต่ำอยู่ที่ 40% และแบนด์วิดท์การสะท้อนแสง 3 เดซิเบลอยู่ที่ประมาณ 0.216 นาโนเมตร ความยาวคลื่นการสะท้อนแสงที่จุดศูนย์กลางของเกรตติงทั้งสองอยู่ที่ 1018 นาโนเมตร เพื่อสร้างสมดุลระหว่างกำลังส่งออกของเรโซเนเตอร์เลเซอร์และอัตราส่วนการยับยั้ง ASE ค่าการสะท้อนแสงต่ำของเกรตติงจึงถูกปรับให้เหมาะสมเป็น 40% เส้นใยหางของเกรตติงสะท้อนแสงสูงถูกหลอมรวมเข้ากับเส้นใยเกน ในขณะที่เส้นใยหางของเกรตติงสะท้อนแสงต่ำถูกหมุน 90° และหลอมรวมเข้ากับเส้นใยหางของแผ่นกรอง ดังนั้น ตำแหน่งสูงสุดของความยาวคลื่นสะท้อนแกนเร็วของเกรตติงสะท้อนแสงสูงจึงตรงกับตำแหน่งสูงสุดของความยาวคลื่นสะท้อนแกนช้าของเกรตติงสะท้อนแสงต่ำ ด้วยวิธีนี้ เลเซอร์โพลาไรซ์เพียงตัวเดียวเท่านั้นที่สามารถสั่นในโพรงเรโซแนนซ์ได้ แสงปั๊มที่เหลืออยู่ในแผ่นหุ้มใยแก้วนำแสงจะถูกกรองออกโดยแผ่นหุ้มที่สร้างขึ้นเองซึ่งหลอมรวมเข้ากับโพรงเรโซแนนซ์ และหางเปียขาออกจะถูกเอียง 8 องศาเพื่อป้องกันการป้อนกลับที่ปลายด้านและการสั่นแบบปรสิต

3. ความรู้พื้นฐาน

กลไกการสร้างเลเซอร์ไฟเบอร์โพลาไรซ์เชิงเส้น: เนื่องมาจากการหักเหคู่ของความเค้น เส้นใยแก้วรักษาโพลาไรซ์รูปลูกแพร์จึงมีแกนโพลาไรซ์ตั้งฉากสองแกน เรียกว่าแกนเร็วและแกนช้า โดยทั่วไป เนื่องจากดัชนีหักเหของแกนช้ามีค่ามากกว่าแกนเร็ว เกรตติงที่เขียนบนเส้นใยแก้วรักษาโพลาไรซ์จึงมีความยาวคลื่นกลางสองแบบที่ต่างกัน โพรงเรโซแนนซ์ของเลเซอร์ไฟเบอร์โพลาไรซ์เชิงเส้นมักประกอบด้วยเกรตติงรักษาโพลาไรซ์สองอัน ความยาวคลื่นของเกรตติงสะท้อนต่ำและเกรตติงสะท้อนสูงบนแกนเร็วและแกนช้าจะสอดคล้องกันตามลำดับ เมื่อแบนด์วิดท์การสะท้อนของเกรตติงรักษาโพลาไรซ์แคบพอ สเปกตรัมการส่งผ่านในทิศทางแกนเร็วและแกนช้าสามารถแยกออกจากกันได้ และความยาวคลื่นทั้งสองสามารถสั่นสะเทือนภายในโพรงเรโซแนนซ์ได้ ตามหลักการสั่นแบบคู่ความยาวคลื่นของเกรตติงรักษาโพลาไรเซชัน ในการทดลองนี้ สามารถนำวิธีการเชื่อมแบบขนานมาใช้ได้ ในระหว่างการเชื่อม แกนรักษาโพลาไรเซชันของเกรตติงทั้งสองจะเรียงตัวกัน ด้วยวิธีนี้ จุดสูงสุดของการส่งผ่านสองจุดของเกรตติงสะท้อนแสงสูงจะสอดคล้องกับจุดสูงสุดของเกรตติงสะท้อนแสงต่ำ จึงสามารถผลิตลำแสงเลเซอร์ความยาวคลื่นคู่ได้

ในระบบรักษาโพลาไรซ์ของเลเซอร์จริง ความเบ้เชิงเส้นเป็นตัวบ่งชี้สำคัญสำหรับการประเมินลักษณะเอาต์พุตของเลเซอร์โพลาไรซ์เชิงเส้น โดยทั่วไป คาบของเกรตติงที่มีการสะท้อนแสงสูงจะมากกว่าของเกรตติงที่มีการสะท้อนแสงต่ำ เพื่อให้ได้เลเซอร์โพลาไรซ์เชิงเส้นที่มีค่า PER สูง จำเป็นต้องมีการสั่นของจุดสูงสุดของโพลาไรซ์เพียงหนึ่งจุด เมื่อแกนเร็วของเกรตติงที่มีการสะท้อนแสงต่ำอยู่ตามแนวแกนช้าของเกรตติงที่มีการสะท้อนแสงสูง ความยาวคลื่นกลางในทิศทางแกนเร็วของเกรตติงที่มีการสะท้อนแสงต่ำจะสอดคล้องกับความยาวคลื่นในทิศทางแกนช้าของเกรตติงที่มีการสะท้อนแสงสูง ในขณะที่จุดสูงสุดของการส่งผ่านในทิศทางแกนช้าของเกรตติงที่มีการสะท้อนแสงต่ำจะไม่สอดคล้องกับจุดสูงสุดของการส่งผ่านในทิศทางแกนเร็วของเกรตติงที่มีการสะท้อนแสงสูง ด้วยวิธีนี้ จุดสูงสุดของการส่งผ่านหนึ่งจุดจึงสามารถถูกสั่นได้ ในทำนองเดียวกัน เมื่อแกนช้าของเกรตติงที่มีการสะท้อนแสงต่ำอยู่ตามแนวแกนเร็วของเกรตติงที่มีการสะท้อนแสงสูง ความยาวคลื่นกลางของแกนช้าของเกรตติงที่มีการสะท้อนแสงต่ำจะสอดคล้องกับแกนเร็วของเกรตติงที่มีการสะท้อนแสงสูง ในขณะที่จุดสูงสุดของการส่งผ่านของแกนเร็วของเกรตติงที่มีการสะท้อนแสงต่ำจะไม่สอดคล้องกับแกนช้าของเกรตติงที่มีการสะท้อนแสงสูง ด้วยวิธีนี้ จุดสูงสุดของการส่งผ่านหนึ่งจุดก็สามารถถูกสั่นได้เช่นกัน ทั้งสองวิธีข้างต้นสามารถให้เอาต์พุตเลเซอร์แบบโพลาไรซ์เชิงเส้นได้ ตามหลักการสั่นของเลเซอร์แบบโพลาไรซ์เชิงเส้นความยาวคลื่นเดียวของเกรตติงที่รักษาโพลาไรซ์ ในการทดลองนี้ สามารถใช้วิธีการต่อแบบตั้งฉากเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ดังกล่าว เมื่อมุมต่อของแกนรักษาโพลาไรเซชันของกริดติ้งสะท้อนแสงสูงและกริดติ้งสะท้อนแสงต่ำอยู่ที่ 90° จุดสูงสุดของการส่งผ่านในทิศทางแกนช้าของกริดติ้งสะท้อนแสงสูงจะสอดคล้องกับจุดสูงสุดของการส่งผ่านในทิศทางแกนเร็วของกริดติ้งสะท้อนแสงต่ำ และด้วยเหตุนี้ จึงสามารถรับรู้เอาต์พุตของเลเซอร์ไฟเบอร์โพลาไรซ์เชิงเส้นที่มีความยาวคลื่นเดียวได้