Co je to laserový rezonátor?

Odhadovaná doba čtení: 37 minuta

Přístroj, který produkuje světlo laserového zdroje, se nazývá laserový rezonátor, který zahrnuje plynový laser, kapalinový laser, pevnolátkový laser, polovodičové optické zařízení a další lasery. Mezi nimi jsou typičtější lasery CO₂ plynové lasery, polovodičové lasery, pevnolátkové lasery YAG a vláknové lasery.

Základní složení a vývoj laseru

Základní složení laseru

Ačkoli existuje mnoho druhů laserů, všechny produkují lasery pomocí excitace a stimulovaného záření. Proto je základní složení laserů fixní, obvykle složené z pracovních materiálů (tj. pracovních médií, která mohou po vybuzení vyvolat inverzi populace), zdrojů excitace (energie, která může způsobit, že pracovní látka invertuje počet částic, také známý jako zdroj čerpadla) a optická rezonanční dutina se skládají ze tří částí.

Pracovní látka

Pro výrobu laseru je nutné zvolit vhodný pracovní materiál, kterým může být plyn, kapalina, pevná látka, nebo polovodič. V tomto médiu lze obrátit počet částic a vytvořit tak nezbytné podmínky pro získání laserového světla. Existence metastabilních energetických hladin je velmi prospěšná pro realizaci populační inverze. Existuje téměř tisíc druhů pracovních materiálů a vlnové délky laseru, které lze generovat, pokrývají širokou škálu vakuových ultrafialových pásem až po pásy vzdáleného infračerveného záření.

Zdroj buzení

Aby se počet částic v pracovní látce obrátil, musí být přijata určitá metoda pro excitaci systému částic a zvýšení počtu částic s vysokou energií. Metoda plynového výboje může využívat elektrony s kinetickou energií k buzení pracovní látky, což se nazývá elektrické buzení; pulsní světelný zdroj lze také použít k ozařování pracovní látky k vyvolání buzení, které se nazývá optické buzení; existuje tepelné buzení, chemické buzení a tak dále. Různé motivační metody se živě nazývají pumpování nebo pumpování. Aby bylo možné nepřetržitě získávat výstup laseru, musí být nepřetržitě čerpán, aby se udržoval počet částic v excitovaném stavu.

Optická dutina

Vhodným pracovním materiálem a budicím zdrojem lze dosáhnout populační inverze, ale intenzita takto generovaného stimulovaného záření je velmi nízká a nelze ji aplikovat. Lidé si tedy mysleli, že k zesílení stimulovaného záření lze použít optickou rezonanční dutinu. Optická rezonanční dutina je složena ze dvou zrcadel s určitým geometrickým tvarem a optickými odrazovými charakteristikami kombinovanými specifickým způsobem. Jeho hlavní funkce jsou následující.

Poskytněte schopnost optické zpětné vazby, aby se stimulované emisní fotony několikrát pohybovaly tam a zpět v dutině, aby vytvořily koherentní kontinuální oscilaci.

Omezte směr a frekvenci oscilačního paprsku v dutině, abyste zajistili, že výstupní laser bude mít určitou směrovost a monochromatičnost.

Vývoj laserů

Laser je jednou z nepostradatelných základních součástí moderních systémů laserového zpracování. S rozvojem technologie laserového zpracování se také lasery neustále posouvají kupředu a objevilo se mnoho nových laserů.

Rané lasery pro zpracování laserových zdrojů byly hlavně vysoce výkonné CO₂, plynové lasery a pevnolátkové lasery YAG čerpané lampou. Z pohledu historie vývoje technologie laserového zpracování je vysoce limitovaný CO₂ a lasery, které se objevily v polovině 70. let, vyvinuly difúzně chlazený CO₂ lasery. Tabulka 2.1 ukazuje stav vývoje CO₂ lasery.

Typ laseru	Uzavřený typ	Typ pomalého axiálního proudění	Typ křížového toku	Typ rychlého axiálního proudění	Turbo ventilátor Rychlé axiální proudění	Difuzní chlazení typu SLAB
Věk vzhledu	Polovina sedmdesátých let	Počátek osmdesátých let	Polovina osmdesátých let	Konec osmdesátých let	Počátek devadesátých let	20. století, polovina 90. let
Výkon/W	500	1000	20000	5000	10000	5000
Kvalita paprsku (M2 faktor	Nestabilní	1.5	10	5	2.5	1.2
Kvalita paprsku (KF/mm• mrad)	Nestabilní	5	35	17	9	4.5

Brzy CO₂ lasery měly tendenci se vyvíjet směrem ke zvyšování výkonu laseru, ale když výkon laseru dosáhl určitého požadavku, byla věnována pozornost kvalitě paprsku laseru a vývoj laseru se posunul ke zlepšení kvality paprsku. Nedávno byla difúzně chlazená deska CO₂ laser, který se blíží meze difrakce, má dobrou kvalitu paprsku a po svém uvedení na trh byl široce používán, zejména v oblasti řezání laserem, a je upřednostňován mnoha společnostmi.

Společnost CO₂ laserový rezonátor má nevýhody velkého objemu, složité struktury a obtížné údržby. Kov nedokáže dobře absorbovat laser s vlnovou délkou 10,6 чm, nemůže použít k přenosu laseru optické vlákno a plazma indukovaná časem svařování je vážné a další nedostatky. Později pevnolátkový laser YAG s vlnovou délkou 1,06 чm vynahradil nedostatky CO₂ laser do určité míry. Dřívější pevnolátkové lasery YAG používaly metody čerpání lamp, které měly problémy jako nízká účinnost laseru (asi 3%) a špatná kvalita paprsku. S neustálým pokrokem laserové technologie pokračovaly pevnolátkové lasery YAG v pokroku a objevilo se mnoho nových laserů. Stav vývoje pevnolátkových laserů YAG ukazuje tabulka 2.2.

Typ laseru	Lampa napumpovaná	Dioda napumpovaná	Vláknina čerpaná	Vločkový DISK	Polovodičové koncové čerpadlo	vláknový laser
Věk vzhledu	80. léta 20. století	Konec osmdesátých let	Polovina devadesátých let	Polovina devadesátých let	Konec devadesátých let	Počátek 21. století
Výkon/W	6000	4400	2000	4000 (prototyp)	200	10000
Kvalita paprsku (M2 faktor)	70	35	35	7	1.1	70
Kvalita paprsku (KF/mm• mard)	25	12	12	2.5	0.35	25

Z tabulky 2.1 a tabulky 2.2 je vidět, že kromě neustálého zlepšování výkonu laseru je dalším důležitým aspektem vývoje laseru neustálé zlepšování kvality paprsku laseru. Kvalita laserového paprsku často hraje v procesu laserového zpracování důležitější roli než výkon laseru.

Vývoj výroby laseru s laser výkon a kvalita paprsku je znázorněna na obrázku 2.1.

Na začátku 21. století se objevil další nový typ laser-polovodičového laseru. Ve srovnání s tradičním vysoce výkonným CO₂ lasery rezonátorové a YAG pevnolátkové lasery, polovodičové lasery mají zjevné technické výhody, jako jsou malé rozměry, nízká hmotnost, vysoká účinnost, nízká spotřeba energie, dlouhá životnost a vysoká míra absorpce kovu do polovodičových laserů. S neustálým vývojem technologie polovodičových laserů se rychle rozvíjely další pevnolátkové lasery založené na polovodičových laserech, jako jsou vláknové lasery, polovodičově čerpané pevnolátkové lasery a plošné lasery. Mezi nimi se rychle rozvíjejí vláknové lasery, zejména vláknové lasery dopované vzácnými zeminami, které byly široce používány ve vláknové komunikaci, snímání vláken, zpracování laserových materiálů a dalších oborech.

Od CO₂ plynový laser na vláknový laser

CO₂ plynový laser

Laser, který využívá CO₂ jako hlavní pracovní látka se nazývá CO₂ laser. Malé množství N² a He je třeba přidat do jeho pracovní látky, aby se zlepšil zisk, účinnost tepelné odolnosti a výstupní výkon laseru. CO₂ laser má následující vlastnosti.

• Výstupní výkon je velký. Obecná uzavřená trubice CO₂ laser může mít trvalý výstupní výkon desítky wattů, což je mnohem více než u jiných plynových laserů. Boční tok elektricky excitovaný CO₂ laser může mít nepřetržitý výkon desítek kilowattů.
• Vysoká účinnost přeměny energie. Účinnost přeměny energie CO₂ lasery mohou dosáhnout 30%~40%, což převyšuje ostatní plynové lasery.
• Společnost CO₂ laser využívá přechod mezi energetickými hladinami CO₂ molekulární vibrace a má poměrně bohaté spektrum. V blízkosti vlnové délky 10 чm jsou ve výstupu laseru desítky čar spektra. Vysokotlaký CO₂ laser vyvinutý v posledních letech může dosahovat plynule laditelného výkonu od 9 do 10 чm.
• Výstupní pásmo CO₂ laser je přesně atmosférické okno (to znamená, že průhlednost atmosféry k této vlnové délce je relativně vysoká)
• Kromě toho CO₂ lasery mají také výhody vysoké kvality výstupního paprsku, dobré koherence, úzké šířky čáry, stabilního provozu atd., takže jsou široce používány v průmyslu a národní obraně.

Struktura CO₂ laser

Typický utěsněný podélný elektricky buzený CO₂ laser rezonátor se skládá z laserové trubice, elektrod a rezonanční dutiny (obrázek 2.2). Nejkritičtější součástí je laserová trubice vyrobená z tvrdého skla, která má obecně vrstvenou strukturu rukávu. Nejvnitřnější vrstva je výbojová trubice, druhá vrstva je vodou chlazená plášťová trubka a vnější vrstva je trubice pro skladování plynu.

Výbojová trubice je umístěna v oblasti kladného sloupce doutnavého výboje ve výboji plynu. Tato oblast je bohatá na částice přenášející energii, jako jsou elektrony, ionty, metastabilní částice a fotony, což je oblast zisku laseru. Z tohoto důvodu existují určité požadavky na průměr, délku, kulatost a přímost výbojové trubky. Většina zařízení pod 100W je vyrobena z tvrdého skla. Zařízení se středním výkonem (100~500W) jsou obvykle vyrobena z trubic z křemenného skla, aby byla zajištěna stabilita výkonu nebo frekvence. Průměr trubky je obecně asi 10 mm a délka trubky může být o něco silnější.

Vedle výbojové trubice je plášť studené vody, jehož funkcí je snížit teplotu pracovního plynu v trubici, zajistit, aby zařízení realizovalo distribuci inverze obyvatelstva a zabránit zahřívání a praskání výbojky během proces excitace výboje. Účelem přidání vodou chlazeného pláště je ochladit vzduch a plyn tak, aby výstupní výkon zůstal stabilní. Výbojová trubka je na obou koncích připojena k trubici pro skladování plynu. Jeden konec trubice pro uchovávání plynu má malý otvor komunikující s výbojovou trubicí a druhý konec je připojen k trubici výboje přes spirálovou vratnou trubici, takže plyn může cirkulovat ve výbojové trubici a trubici pro uchovávání plynu. Plyn v potrubí lze kdykoli vyměnit za plyn v potrubí zásobníku plynu.

Funkcí nejvzdálenějšího zásobníku plynu je snížit změnu složení a tlaku pracovního plynu během procesu výboje a zvýšit mechanickou stabilitu výbojky.

Zpětná trubice vzduchu je tenká spirálová trubice spojující dva prostory katody a anody, která může zlepšit nevyvážené rozložení tlaku mezi elektrodami způsobené jevem elektroforézy. Velmi důležitá je hodnota průměru a délky vratného potrubí. Nejen, že umožňuje plynu na katodě rychle proudit do oblasti anody pro dosažení rovnoměrné distribuce plynu, ale také zabraňuje jevu výboje ve zpětném potrubí.

Elektrody se dělí na anodu a katodu. Katodový materiál vyžaduje schopnost emitovat elektrony, nízkou rychlost rozprašování a schopnost redukovat CO₂. V současné době většina CO₂ a laserové rezonátory používají niklové elektrody a plocha elektrody je určena vnitřním průměrem výbojové trubice a pracovním proudem. Elektrodepozice je koaxiální s výbojkou. Velikost anody může být stejná jako velikost katody, nebo může být o něco menší.

Rezonanční dutina se skládá z celkového zrcadla a výstupního zrcadla. Totální odrazová zrcadla středního a nízkého výkonu CO₂ laserový rezonátor obecně používá pozlacená skleněná zrcadla, protože zlatý film má vysokou odrazivost světla 10,6 чm a je chemicky stabilní. Zrcadla se skleněným substrátem však mají špatnou tepelnou vodivost, takže mají vysoký výkon CO₂ lasery často používají kovová zrcadla, jako jsou měděná zrcadla nebo molybdenová zrcadla, nebo zrcadla potažená zlatem a dielektrickým filmem na leštěném bezkyslíkatém měděném nerezovém substrátu. Výstupní zrcadlo obvykle používá jako substrát materiál, který může přenášet vlnovou délku 10,6 um, a je na něj pokoven vícevrstvý film pro řízení určité propustnosti pro dosažení nejlepšího vazebního výstupu. Běžně používané materiály jsou chlorid draselný, chlorid sodný, hliník, arsen, selenid zinku, telurid kadmia a tak dále.

Rezonanční dutina CO₂ laser je obvykle plochý a konkávní. Celkové zrcadlo je vyrobeno z optického skla K8 nebo optického křemene, které je zpracováno do konkávního zrcadla s velkým poloměrem zakřivení. Zrcadlový povrch je potažen vysoce reflexním kovovým filmem - pozlaceným filmem, při vlnové délce 10,6чm Odrazivost v místě dosahuje 98,8% a chemické vlastnosti jsou stabilní.

Světlo vyzařované oxidem uhličitým je infračervené světlo, takže celoodrazová zrcadla musí používat materiály propouštějící infračervené světlo. Protože běžné optické sklo není pro infračervené světlo propustné, je nutné otevřít malý otvor ve středu celého zrcadla a poté utěsnit kus infračerveného materiálu, který může přenášet 10,6 чm lasery, aby utěsnil plyn, díky kterému se laser v oddělená rezonanční dutina je výstupem z malého otvoru vně dutiny pro vytvoření paprsku laserového světla nebo světelného nože.

Výbojový proud uzavřeného CO₂ laserový rezonátor je relativně malý. Používá se studená elektroda a katoda je vyrobena z molybdenového plechu nebo niklového plechu do válcového tvaru. Pracovní proud je 30~40MA, plocha katodového válce je 500cm², aby nedošlo ke znečištění čočky, je mezi katodu a čočku přidána světelná závora. Čerpadlo je buzeno nepřetržitým stejnosměrným napájením.

Výstupní charakteristiky CO₂ laserový systém

Crossflow CO₂ laserový rezonátor. Proud plynu je kolmý k ose dutiny. Společnost CO₂ laser s touto strukturou má nízkou kvalitu paprsku a používá se hlavně pro povrchovou úpravu materiálů a obecně se nepoužívá pro řezání. Ve srovnání s jinými CO₂ lasery, cross-flow CO₂ lasery mají vysoký výstupní výkon, nízkou kvalitu paprsku a nízké ceny.

Křížový tok CO₂ lasery mohou využívat stejnosměrné (DC) buzení a vysokofrekvenční (HF) buzení a elektrody jsou umístěny na obou stranách plazmové zóny rovnoběžně s osou dutiny. Zapalovací a provozní napětí plazmy je nízké, plyn proudí plazmovou zónou kolmo k paprsku a průchod plynu proudícím elektrodovým systémem je velmi široký, takže průtokový odpor je velmi malý, chlazení paprsku plazma je velmi účinná a výkon laseru není příliš velký. Mnoho omezení.

Délka tohoto typu laseru je menší než 1 m, ale může generovat výkon 8 kW. Vzhledem k bočnímu proudění plynu plazmou však tento typ laseru vyfukuje plazmu pryč z hlavního výbojového okruhu, což způsobuje, že se plocha plazmy na úseku paprsku více či méně odchyluje do trojúhelníku, kvalita paprsku není vysoká a zobrazí se režimy vysokého řádu. Pokud je k omezení režimu použit kruhový otvor, lze do určité míry zlepšit symetrii paprsku.

Rychlý axiální tok CO₂ laserový rezonátor. Struktura je znázorněna na obrázku 2.3. Proud laserového plynu tohoto druhu CO₂ laser je podél osy rezonátoru. Výstupní výkon CO₂ laser s touto strukturou se pohybuje od stovek wattů do 20 kW. Kvalita výstupního paprsku je lepší a je to hlavní struktura, která se v současnosti používá při řezání laserem.

Rychlý axiální tok CO₂ lasery mohou využívat stejnosměrné (DC) buzení a radiofrekvenční (RF) buzení. Tvar plazmatu mezi elektrodami je štíhlý sloupec. Aby se zabránilo rozptýlení plazmatu v okolí, je tento typ výbojové oblasti často v duté válcové skleněné trubici nebo keramické trubici. Plazma lze zapálit a udržovat na obou koncích dvou prstencových elektrod. Zapalovací a provozní napětí závisí na elektrodě. Maximální napětí používané v praktických aplikacích je 20~30KV.

Chlazení cirkulujícího plynu má formu rychlého axiálního proudění. Aby bylo zajištěno efektivní vedení tepla, k dosažení tohoto vysokorychlostního proudění se běžně používají Rootsova dmychadla nebo nastavitelné kolové ventilátory, ale průtokový odpor tohoto geometrického tvaru je poměrně vysoký a výstupní výkon laseru podléhá určitým omezením, jako je např. laserový výkon pouze několik set wattů stejnosměrného budiče. Výstupní výkon laseru je omezený, takže několik axiálních průtokových chladicích výbojek je často spojeno v optické podobě, aby byl zajištěn dostatečný výkon laseru.

Protože výstupní výkon CO₂ laserový rezonátor závisí především na elektrickém příkonu na jednotku objemu, vysokofrekvenční buzení je vyšší než stejnosměrné buzení a hustota plazmatu je vyšší. RF excitační axiální průtokový laser, ve kterém je připojeno několik axiálních chladicích výbojek v optické formě, kontinuální Výstupní výkon může dosáhnout 20 kW. Axiální CO₂ lasery se díky axiální symetrii plazmatu snadno ovládají v základním režimu a produkují vysokou kvalitu paprsku.

Lištové difuzní chlazení CO₂ laser. Difúzně chlazený CO₂ lasery jsou podobné časně uzavřeným CO₂ lasery. Pracovní plyn uzavřeného CO₂ laser je uzavřen ve výbojkové trubici a chlazen vedením tepla. Přestože je vnější stěna výbojky účinně chlazena, výbojka může generovat pouze 50W laserové energie na metr a není možné vyrobit kompaktní vysokoenergetický laser. Difuzně chlazený CO₂ lasery také používají metody uzavřené v plynu, ale lasery jsou kompaktní struktury, k výboji plynu buzenému radiofrekvencí dochází mezi dvěma měděnými elektrodami s větší plochou. Elektrody mohou být chlazeny vodním chlazením a úzká mezera mezi dvěma elektrodami může co nejvíce odvádět teplo z výbojové dutiny, takže lze získat relativně vysokou hustotu výstupního výkonu.

Difúzně chlazený CO₂ laserový rezonátor využívá stabilní rezonanční dutinu složenou z válcových zrcadel. Protože se opticky nestabilní dutina může snadno přizpůsobit geometrii média excitovaného laserového zisku, deskový difúzně chlazený CO₂ laser může produkovat laserové paprsky s vysokou hustotou výkonu a kvalitu laserového paprsku Vysoká, ale původní výstupní paprsek tohoto typu laseru je obdélníkový a pro tvarování obdélníkového paprsku do kruhu je zapotřebí vodou chlazené zařízení pro tvarování odraženého paprsku. symetrický laserový paprsek. V současné době je rozsah výstupního výkonu tohoto typu laseru 1~5KW.

Ve srovnání s průtokem plynu CO₂ lasery, deskové difúzní chlazení CO₂ lasery se vyznačují kompaktní a robustní strukturou a mají mimořádnou výhodu, to znamená, že v praktických aplikacích nemusejí být čerstvé, protože proudí plyn CO₂ lasery. Laserový pracovní plyn, ale v laserové hlavě je instalována malá asi 10L válcová nádoba pro uložení pracovního plynu laseru. Toho lze dosáhnout pomocí externího laserového zařízení pro přívod pracovního plynu a vodního trvalého výměníku plynu. Tento druh výkonné agentury funguje déle než jeden rok.

Polovodičový laser

Polovodičový laser označuje typ laseru, jehož pracovním materiálem je polovodič. Ve srovnání s jinými lasery mají polovodičové lasery výhody malých rozměrů, vysoké účinnosti, jednoduché a robustní struktury a přímé modulace. Polovodičové lasery mají důležité aplikace v komunikaci, měření vzdálenosti a zpracování informací.

Polovodičový základ

Čisté polovodiče bez nečistot se nazývají vlastní polovodiče. Pokud jsou atomy nečistot dopovány do vnitřních polovodičů, vytvářejí se úrovně nečistot pod vodivým pásem a nad pásmem valence, které se nazývají donorová a akceptorová hladina. Obrázek 2.4 ukazuje úrovně nečistot monokrystalických Si polovodičů.

Polovodičové materiály jsou většinou krystalické struktury. Když je velké množství atomů pravidelně a pevně spojeno do krystalu, tyto valenční elektrony v krystalu jsou všechny v pásmu energie krystalu. Když je aplikováno vnější elektrické pole, elektrony ve valenčním pásmu přecházejí do vodivého pásma a mohou se volně pohybovat ve vodivém pásmu, aby vedly elektřinu. Ztráta elektronu ve valenčním pásmu je ekvivalentní vzhledu kladně nabité díry, která může také vést elektřinu při působení vnějšího elektrického pole. Proto mají otvory ve valenčním pásmu a elektrony ve vodivém pásmu vodivý efekt, kterému se souhrnně říká nosiče.

Polovodič s donorovou úrovní se nazývá polovodič typu n; polovodič s akceptorovou úrovní se nazývá polovodič typu p. Při pokojové teplotě je většina donorových atomů polovodičů typu n ionizována tepelnou energií a elektrony jsou excitovány do vodivostního pásu a stávají se volnými elektrony. Většina akceptorových atomů polovodičů typu p zachycuje elektrony ve valenčním pásmu a vytváří ve valenčním pásmu díry. Proto jsou polovodiče typu n vedeny především elektrony ve vodivém pásmu; Polovodiče typu p jsou vedeny hlavně otvory ve valenčním pásmu.

V kusu polovodičového materiálu se náhlá změna z oblasti typu p do oblasti typu n nazývá přechod pn. Na rozhraní je vytvořena prostorová nábojová zóna. Elektrony ve vodivém pásmu polovodiče typu n difundují do oblasti p a otvory ve valenčním pásmu polovodiče typu p difundují do oblasti n. Oblast typu n blízko spojovací oblasti je kladně nabitá, protože je donorem, a oblast typu p poblíž spojovací oblasti je nabitá záporně, protože je akceptorem. Na rozhraní se vytváří elektrické pole směřující z n zóny do p zóny, které se nazývá vestavěné elektrické pole (neboli samovybudované elektrické pole). Toto elektrické pole brání pokračující difúzi elektronů a děr.

Pokud je na polovodičový materiál, který tvoří pn přechod, aplikováno dopředné předpětí, p oblast je připojena ke kladné elektrodě a n oblast je připojena k záporné elektrodě. Elektrické pole propustného napětí je opačné než vestavěné elektrické pole pn přechodu, což oslabuje překážku vestavěného elektrického pole pro difúzi elektronů v krystalu, takže volné elektrony v n-zóně jsou neustále působením propustného napětí.

Difúze do oblasti p přes pn přechod. Když je v zóně přechodu současně velké množství elektronů ve vodivém pásu a děr ve valenčním pásu, rekombinují se v zóně injekce. Při přechodu elektronů ve vodivém pásu do valenčního pásu je přebytečná energie emitována ve formě světla. vyjít. Toto je mechanismus polovodičové elektroluminiscence a tato spontánní rekombinační luminiscence se nazývá spontánní emise.

Aby pn přechod generoval laserové světlo, musí být v oblasti přechodu vytvořena distribuce inverze částic, musí být použit silně dopovaný polovodičový materiál a proud vstřikovaný do pn přechodu musí být dostatečně velký (např. 30KA/cm²). Tímto způsobem lze v místní oblasti pn přechodu vytvořit obrácený distribuční stav více elektronů ve vodivém pásu než děr ve valenčním pásu, čímž se generuje stimulované záření a emituje laserové světlo.

Optická rezonanční dutina polovodičového laserového rezonátoru se skládá z roviny štěpení (110 ploch) kolmé na rovinu přechodu pn. Má odrazivost 35%, což je dostačující pro vyvolání oscilace laseru. Pokud je potřeba zvýšit odrazivost, vrstva SiO₂ může být pokoveno na povrch krystalu a poté může být pokovena vrstva kovového stříbrného filmu pro získání odrazivosti vyšší než 95%.

Jakmile je na polovodičový laser aplikováno dopředné předpětí, dojde v oblasti spojení k inverzi populace a dojde k rekombinaci.

Podmínky pro polovodičově stimulovanou emisi

Polovodičové lasery fungují tak, že se vstřikují nosiče a emitující lasery musí splňovat následující tři základní podmínky.

• Je nutné vytvořit dostatečné rozložení inverze populace, to znamená, že počet částic ve vysokoenergetickém stavu je dostatečně větší než počet částic v nízkoenergetickém stavu.
• Existuje vhodná rezonanční dutina, která může hrát zpětnovazební roli, takže fotony stimulovaného záření se množí za vzniku laserové oscilace.
• Aby byl zisk fotonů roven nebo větší než ztráta fotonů, musí být splněna určitá prahová podmínka.

Vstřikovací typ homojunkčního polovodičového laseru

Homojunkční polovodičový laserový rezonátor GaAs injekčního typu je prvním polovodičovým laserem, který byl úspěšně vyvinut. Homogenní přechod označuje přechod pn složený z polovodičů typu p a typu n ze stejného materiálu matrice (jako je GaAs) a typ vstřikování označuje metodu čerpání, která přímo napájí polovodičový laser a vstřikuje proud k excitaci pracovní látky. .

Obrázek 2.5 (a) ukazuje typickou strukturu vzhledu tohoto laseru. Na plášti trubice je malé okénko pro výstup laseru a elektroda na spodním konci trubice se používá pro externí napájení. Uvnitř pláště je laserová matrice, jak je znázorněno na obrázku 2.5(b). Existuje mnoho tvarů matrice, Obrázek 2.5(c) je schematický diagram struktury matrice ve tvaru mesa. Tloušťka pn přechodu je pouze desítky mikronů. Obecně platí, že tenká vrstva GaAs typu p se pěstuje na dně vesnice GaAs typu n, aby vytvořila spojení pn.

Rezonanční dutina laseru obecně přímo využívá dvě koncové plochy kolmé na pn přechod. Index lomu GaAs je 3,6 a odrazivost světla kolmého ke koncovému povrchu je 32%. Za účelem zvýšení výstupního výkonu a snížení provozního proudu je jeden z reflexních povrchů obecně pokoven zlatem.

Heterojunkční polovodičový laser

Studie ukázaly, že pro homojunkční polovodičové lasery je obtížné získat nízké prahové proudy a dosáhnout nepřetržitého provozu při pokojové teplotě. Proto lidé vyvinuli heterojunkční lasery na tomto základě. Heterojunkční lasery jsou také lasery s jednoduchým heteropřechodem (SH) a lasery s dvojitým heteropřechodem (SH). Mass junction (DH) laser.

Jednoduchý heteropřechodový polovodičový laser. Obrázek 2.6 ukazuje strukturu jednoduchého heterojunkčního laseru (GaAs-P-Ga_1-xAl_XAs) a schematický diagram změny energetického pásma, změny indexu lomu a rozložení intenzity světla v každé oblasti. Je vidět, že po přidání heterogenního materiálu GaAs-P-Ga_1-xAl_XPokud jde o stranu P-GaAs, elektronová energetická bariéra rozhraní způsobuje, že elektrony vstřikované do P-GaAs z N-GaAs mohou být omezeny pouze v P zóně, aby se rekombinovaly a generovaly fotony. Kvůli změně indexu lomu na rozhraní P-GaAs a P-Ga_1-xAl_XFotony generované rekombinací v aktivní oblasti jsou odraženy a omezeny ve vrstvě P-GaAs.

Omezující účinek heteropřechodu na elektrony a fotony snižuje jejich ztrátu, takže prahová proudová hustota jednoduchého heteropřechodového laseru při pokojové teplotě je snížena na 8 KA/cm².

V jediném laserovém zdroji heteropřechodu hraje heteropřechod roli při omezování difúze nosičů, ale nepoužívá se pro injekci, takže hodnota x se obecně volí relativně velká, například 0,3 <x<0.5. In a semiconductor laser resonator, the thickness d of the active region is critical. If d is too large, it will lose the meaning of carrier limitation, and if d is too small, it will increase the loss. In single heterojunction lasers, d≈2чm is generally adopted.

Dvojitý heteropřechodový polovodičový laserový zdroj. K sekvenčnímu růstu N-Ga byla použita epitaxe v kapalné fázi_1-xAl_XAs, P-GaAs, P-Ga_1-xAl_XAs, As monokrystalické tenké vrstvy na dně vesnice N-GaAs. Existují N-Ga_1-xAl_XAs, jako vrstvy a P-Ga_1-xAl_XJako vrstvy na obou stranách aktivní oblasti P-GaAs, tvořící N-Ga_1-xAl_XJako /P-GaAs a P-GaAs/P-Ga_1-xAl_XJako dvě heteropřechody N-Ga_1-xAl_XAs a P-Ga_1-xAl_XJak je znázorněno na obrázku 2.7.

Obrázek 2.8 ukazuje energetický pás, index lomu a rozložení intenzity světla dvojitého heteropřechodního laseru. Aktivní oblast P-GaAs je vložena mezi dva Ga s širokým pásmem_1-xAl_XJako vrstvy. U této struktury se díky její symetrii již neomezuje pouze na vstřikování elektronů. Dvojitá heteropřechodová struktura umožňuje efektivní využití jak injekce elektronů, tak injekce děr. Pokud je šířka aktivní oblasti menší než difúzní délka nosičů, může většina nosičů difundovat do aktivní oblasti před rekombinací. Když dosáhnou heteropřechodu, jsou odpuzovány potenciální bariérou a zůstávají v aktivní oblasti. Pokud je tloušťka d aktivní oblasti mnohem menší než difúzní délka nosičů, nosiče rovnoměrně vyplní aktivní oblast. U tohoto druhu laseru dochází k rekombinaci téměř rovnoměrně v aktivní oblasti.

Protože obě strany aktivní oblasti jsou širokopásmové materiály, efektivní index lomu skáče v hierarchii, takže fotony jsou omezeny v aktivní oblasti a rozložení světelného pole je také symetrické. Dvojitý heteropřechod může účinně omezit nosiče a fotony, takže prahová proudová hustota laseru je výrazně snížena a je realizován nepřetržitý provoz laseru při pokojové teplotě.

Poté, co dvojitý heterojunkční laser dosáhne nepřetržitého provozu při pokojové teplotě, zůstává nevyřešeným problémem, jak zlepšit životnost zařízení, což může začít řešením problému struktury aktivní oblasti a odvodu tepla. Při různých požadavcích existuje více struktur laserů s dvojitým heteropřechodem, typičtější je laser s dvojitým heteropřechodem (DH). V GaAs/ Ga_1-xAl_XJako DH lasery, bandgap GaAs odpovídá vlnové délce laseru asi 0,89 um. Lasery InP/InGaAsP DH pokrývají rozsah 0,92~1,65чm. Vzhledem k tomu, že nejnižší ztráta optického vlákna je 1,3~1,6чm, InP/InGaAsP DH lasery mají důležité aplikace pro komunikační systémy s optickými vlákny na velké vzdálenosti, zatímco GaAs/Ga_1-xAl_XJako DH lasery se často používají v komunikačních systémech s optickými vlákny na krátkou vzdálenost.

YAG pevnolátkový laser

Jádrem laserové emise je pracovní látka laseru (tj. pracovní látka obsahující metastabilní hladinu energie) v laseru, který dokáže realizovat inverzi populace, jako je laser, jehož pracovní látkou je krystal nebo sklo, které se nazývá krystal. laser, respektive skleněný laser. Obvykle se tyto dva typy laserů souhrnně označují jako pevnolátkové lasery. Mezi lasery byl jako první vyvinut pevnolátkový laser. Tento druh laseru má malou velikost, vysoký výstupní výkon a pohodlnou aplikaci. Pro pevnolátkové lasery existují tři hlavní pracovní materiály; yttrium-hliníkový granát dopovaný neodymem (Nd: YAG), s výstupní vlnovou délkou 1,06 чm, který je bílý a modrý; neodymové sklo s výstupní vlnovou délkou 1,06 чm, které je purpurově modré; rubín, výstupní vlnová délka je 0,694чm, což je červené.

YAG lasery jsou nejběžnějším typem pevnolátkových laserů. Lasery YAG vyšly později než lasery z rubínového a neodymového skla. V roce 1964 byly úspěšně vyvinuty krystaly YAG. Po několika letech usilovné práce byly optické a fyzikální vlastnosti krystalových materiálů YAG neustále zdokonalovány a proces přípravy velkorozměrových krystalů YAG byl překonán. Do roku 1971 bylo možné kreslit velkorozměrové krystaly Nd:YAG o průměru 40 mm a délce 200 mm, což poskytlo vysoce kvalitní krystaly za mírné náklady pro vývoj YAG laserů a podpořilo vývoj YAG lasery.

V 70. letech 20. století vývoj laserů znamenal rozmach výzkumu a aplikace YAG laserů. Výzkumné instituce v mnoha průmyslově vyspělých zemích investovaly mnoho pracovních sil a finančních zdrojů, aby studovaly, jak zlepšit účinnost, výkon a spolehlivost YAG laserů a řešit technické problémy. Některé aplikační výsledky byly dosaženy v oblastech laserového měření vzdálenosti, laserového radaru, laserového průmyslového zpracování a laserového lékařského ošetření. Například YAG Laser Precision Tracking Radar (systém PATS) úspěšně použila v oblasti měření střel v roce 1971 společnost Silvania ze Spojených států. V 80. letech 20. století výzkum a aplikace YAG laserů dozrály a vstoupily do období rychlého rozvoje a staly se hlavním proudem vývoje a aplikace různých laserů.

Struktura YAG laseru

Obecně řečeno, YAG laser označuje Nd: YAG laser dopovaný trojmocným Nd³⁺ v krystalu yttrium aluminium garnet (YAG). Vyzařuje blízký infračervený laserový zdroj 1,06 чm a je to pevnolátkový laser, který může pracovat nepřetržitě při pokojové teplotě. V pulzních laserech malého a středního výkonu se v současnosti používají lasery Nd:YAG v mnohem větším množství než jiné lasery. Výkon jediného pulzu emitovaný tímto laserem může dosáhnout 107W nebo vyšší, což může zpracovávat materiály extrémně vysokou rychlostí. Lasery YAG mají vysokou energii, vysoký špičkový výkon, kompaktní strukturu, pevnost a odolnost, spolehlivý výkon, bezpečné zpracování, jednoduché ovládání atd. Vlastnosti, jsou široce používány v průmyslu, národní obraně, lékařské léčbě, vědeckém výzkumu a dalších oborech. Krystal Nd: YAG má vynikající tepelné vlastnosti a je velmi vhodný pro výrobu kontinuálních a opakujících se laserových zařízení.

YAG laser obsahuje YAG laserovou zdrojovou tyč, xenonovou lampu, dutinu kondenzátoru, Q spínač, polarizátor, celkové zrcadlo, semi-feedback atd., struktura je znázorněna na obrázku 2.9

Pracovním médiem mikrooptického zařízení YAG je tyč Nd:YAG, boky zdrsněny, dva konce zabroušeny do roviny, antireflexní vrstva je pokovena. Krystal pro zdvojení frekvence využívá krystal oxidu draselného (KTP) s antireflexní vrstvou na obou stranách. Dutina pro laserovou spektroskopii využívá rovinně konkávní stabilní dutinu, délka dutiny je 530 mm a poloměr zakřivení rovinného konkávního celkového zrcadla je 2 m. Pro zrcadlo galvanometru použijte křemenné čočky s vysokou propustností a vysokým odrazem a frekvence modulace zařízení Q spínače je nastavitelná.

Laserová rezonanční dutina je třízrcadlově složená dutina s 1,3 mm rezonancí spektrální čáry, včetně dvou modulů polovodičových laserových čerpadel, přičemž každý modul se skládá z 20W polovodičových laserových polí (LD) se střední vlnovou délkou 808 nm a celková Šířka spektrální čáry Méně než 3 nm, krystal laseru je 3 mm × 75 mm Nd: YAG, koncentrace dopingu je 1,0% a mezi dva moduly LD pumpy je vložen 1,319nm laserový 90° quartzový rotátor pro kompenzaci tepelně indukovaného dvojlomného efektu .

Stabilní oblasti rezonanční dutiny radiálně polarizovaného světla a radiálně polarizovaného světla se vzájemně překrývají, což je výhodné pro zvýšení výstupního výkonu a zlepšení kvality paprsku. Akustooptický Q spínač s vysokou difrakční ztrátou se používá pro generování Q-spínaného pulzního výstupu a opakovací frekvenci lze nastavit v rozsahu 1~50 kHz. Navržená rezonanční dutina vytváří skutečné zaměření na složené rameno pro zvýšení hustoty výkonu, což je výhodné pro nelineární frekvenční konverzi.

Plano zrcadlo M₁ je potažena 1319nm, 659,4nm dvojitým vysoce reflexním filmovým systémem, plankonkávní zrcadlo M₂ je výstupní spojovací zrcadlo a plankonkávní zrcadlo M₃ je 1319nm, 659nm, 440nm třívlnná vysoce reflexní fólie. Protože intenzita spektrální čáry 1064nm krystalu Nd:YAG je třikrát větší než intenzita vlnové délky 1319nm, M₁, M₂, M₃, konstrukce dutinového zrcadla vyžaduje, aby propustnost vlnové délky 1064nm byla větší než 60%, což je velmi důležité pro potlačení oscilace laseru 1064nm. z.

Aby se snížila vložná ztráta v dutině, měly by být všechny součásti v dutině potaženy antireflexní vrstvou. Polovodičový laser nepřidává žádná tvarovací opatření ani komponenty optického zobrazování a krystal Nd:YAG je čerpán ze sousedních 120° směrů. Optimalizací parametrů čerpání lze získat relativně rovnoměrný profil zesílení podobný Gaussovi. Tento design je jednoduchý, kompaktní a praktický a lze jej lépe sladit s vlastním režimem rezonátoru, což je výhodné pro zlepšení účinnosti extrakce energie a kvality paprsku.

Vzhledem k tomu, že krystal lithiového tribemátu (LBO) má vysoký práh poškození, nízkou absorpci světla se základní frekvencí a světlo s dvojnásobnou frekvencí, může dosáhnout 1319nm dvojfrekvenčního a trojnásobného frekvenčního fázového přizpůsobení a má výhody vhodných efektivních nelineárních koeficientů, takže si vyberte dva Krystaly LBO se používají jako krystaly pro zdvojnásobení intrakavitální frekvence a intrakavitální součtovou frekvenci.

Výstupní charakteristiky YAG laseru

• Lamp-pumped Nd: YAG laser. Struktura je znázorněna na obrázku 2.10 a obrázku 2.11. Zesilovací médium Nd:YAG má tvar tyče a je často umístěno na ohniskové linii dutiny kondenzátoru odrazu kruhu s dvojitým cukrem. Dvě lampy pumpy jsou umístěny na dvou vnějších ohniskových liniích dvojité elipsy a chladicí voda proudí mezi lampou pumpy a laserovou tyčí se skleněnou trubicí.
• U vysoce výkonných laserů omezuje tepelný účinek laserové tyče maximální výstupní výkon každé laserové tyče. Teplo uvnitř laserové tyče a ochlazování povrchu laserové tyče způsobuje teplotní gradient krystalu tak, že maximální výkon pumpy musí být nižší, než aby došlo k poškození. Hranice stresu. Rozsah efektivního výkonu jednotyčového Nd:YAG laseru je 50~800W. Vyšší výkon Nd:YAG laserů lze získat zapojením Nd:YAG laserových tyčí do série.
• Diodově čerpaný Nd:YAG laser. Struktura diodově čerpaného Nd:YAG laseru je znázorněna na obrázku 2.12 a jako zdroj světla čerpadla je použit polovodičový laser GaAlAs.
• Použití polovodičového laseru jako zdroje pumpy zvyšuje životnost součástí a eliminuje požadavek na pravidelnou výměnu lampy pumpy při použití pumpy lampy. Diodově čerpaný Nd:YAG laser má vyšší spolehlivost a delší pracovní dobu.
• Vysoká konverzní účinnost diodově čerpaného Nd:YAG laseru pochází z dobrého spektrálního přizpůsobení mezi emisním spektrem polovodičového laseru a absorpcí Nd:YAG. Polovodičový laser GaAIAs vyzařuje úzkopásmovou vlnovou délku. Přesným nastavením obsahu Al může vyzařovat světlo o vlnové délce 808 nm, což je v absorpčním pásmu Nd³⁺ částice. Elektro-optická konverzní účinnost polovodičových laserů je přibližně 40%-50%, což je důvod, proč diody čerpané Nd; Lasery YAG mohou dosáhnout účinnosti konverze vyšší než 10%. Zatímco lampa je buzena, aby produkovala bílé světlo, krystal Nd:YAG pohlcuje pouze malou část spektra, což vede k její nízké účinnosti.

Vláknový laser

Klasifikace vláknových laserů

Vláknové lasery jsou lasery, které používají optická vlákna jako médium zdroje laseru. Podle motivačního mechanismu jej lze rozdělit do následujících čtyř kategorií.

• Vláknový laserový zdroj dopovaný vzácnými zeminami prostřednictvím dotování různých iontů vzácných zemin v materiálu matrice vláken pro získání laserového výstupu požadovaného pásma vlnových délek.
• Vláknové lasery vyrobené pomocí nelineárních efektů vláken, jako je stimulovaný Ramanův rozptyl (SRS) atd.
• Jednokrystalové vláknové lasery, včetně rubínových jednokrystalových vláknových laserů, jednoproduktové vláknové lasery Nd:YAG atd.
• Dye vláknový laser, vyplněním plastového jádra nebo pláště barvivem pro realizaci laserového výstupu.

Mezi těmito typy vláknových laserů jsou vláknové lasery a zesilovače dopované ionty vzácných zemin nejdůležitější a mají nejrychlejší vývoj. Byly aplikovány v oblastech vláknové komunikace, snímání vláken a zpracování laserového materiálu, tento typ laseru.

Princip vlnovodu vláknového laseru

Geometrická struktura jednovrstvého vláknového laserového zdroje je znázorněna na obrázku 2.13. Ve srovnání se zdrojem pevnolátkových laserů mají vláknové lasery alespoň jednu volnou dráhu paprsku vytvořenou v laserovém rezonátoru a tvorba paprsku a zavádění do vláknových laserů je realizováno v optických vlnovodech. Obecně jsou tyto optické vlnovody založeny na optoelektronických dielektrických materiálech dopovaných vzácnými zeminami. Například materiály z křemíku, fosfátového skla a fluoridového skla vykazují útlum asi 10 dB/km, což je o několik řádů méně než krystaly laseru v pevné fázi. Ve srovnání s krystalickými pevnými materiály vykazují absorpční a emisní pásy iontů vzácných zemin rozšířené spektrum. Interakce skleněného substrátu totiž snižuje frekvenční stabilitu a potřebnou šířku zdroje světla pumpy. Proto je nutné volit zdroj laserové diodové pumpy s vhodnou vlnovou délkou pro vláknové lasery.

Optické vlákno obsahuje aktivní jádro dopované vzácnými zeminami s indexem lomu n₁, obvykle obklopený vrstvou čistého křemičitého skleněného pláště a index lomu pláště je n₂<n₁. Na základě celkového odrazu uvnitř rozhraní mezi jádrem a pláštěm je tedy vlnovod generován ve vrstvě jádra. Pro záření pumpy a laserové záření je jádrová vrstva vláknového laseru aktivním prostředím i vlnovodem. Celé optické vlákno je chráněno před vnějšími vlivy vnější polymerovou vrstvou.

U opticky excitovaných vláknových laserů je záření pumpy připojeno k jádru laseru přes povrch vlákna. Pokud je však pumpováno axiálně, musí být záření pumpy vázáno do vlnovodu pouze několika mikronů. Proto musí být k buzení multividového vlákna použit vysoce transparentní zdroj záření pumpy a aktuální výstupní výkon zdroje záření je omezen na asi 1W. Pro proporcionální zesílení výkonu čerpadla je nutné sladit parametry svazku vlákna s velkým otvorem s polem vysoce výkonných polovodičových laserů. Zvětšené vlákno aktivní jádro však umožňuje vyšší oscilace v příčném režimu, což bude mít za následek sníženou kvalitu paprsku. V současné době se používá dvouplášťový design, to znamená, že izolovaná jádrová vrstva se používá k čerpání a emitování laserů a lze dosáhnout dobrých výsledků.

Dvojitě plátovaný vláknový laser

Dvojitě opláštěné dopované vlákno se skládá ze čtyř částí: jádro, vnitřní plášť, vnější plášť a ochranná vrstva.

Funkcí jádra vlákna je absorbovat příchozí světlo čerpadla a omezit vyzařované laserové světlo v jádru; jako vlnovod omezuje přenos laserového světla v jádru a řídí režim.

Úlohou vnitřní krycí vrstvy je obalit jádro a omezit vyzařované laserové světlo uvnitř jádra; jako vlnovod, vícevidový přenos světla čerpadla spojeného s vnitřní krycí vrstvou způsobuje, že se odráží tam a zpět mezi vnitřní krycí vrstvou a vnější krycí vrstvou. Projděte skrz jednovidové vlákno a nechte se absorbovat

U dvojitě plátovaných vláknových laserů není záření pumpy vysíláno přímo do aktivní vrstvy jádra, ale do okolní vícevidové vrstvy jádra. Vrstva jádra čerpadla je také jako krycí vrstva. Aby bylo možné realizovat charakteristiky optického vlnovodu vrstvy jádra čerpadla vůči vrstvě aktivního jádra, musí mít okolní povlak malý index lomu. Obvykle se používá fluorem dopované křemičité sklo nebo vysoce transparentní polymer s nízkým indexem lomu. Typický průměr jádra čerpadla je několik set mikronů a jeho numerická apertura NA≈0,32~0,7, jak je znázorněno na obrázku 2.14.

Záření emitované do jádra pumpy je spojeno s laserovým jádrem po celé délce vlákna, kde je absorbováno ionty vzácných zemin a veškeré světlo vysoké úrovně je excitováno. Pomocí této technologie lze efektivně převést záření multimódové pumpy z vysoce výkonných polovodičových laserů na laserové záření a má vynikající kvalitu paprsku.

Technické vlastnosti zdroje vláknového laseru

Vláknové lasery poskytují možnost překonat omezení kalibrovaného výstupního výkonu pevnolátkových laserů při zachování kvality paprsku. Kvalita konečného laserového paprsku závisí na profilu indexu lomu vlákna a profil indexu lomu vlákna nakonec závisí na geometrické velikosti a numerické apertuře aktivovaného vlnovodu. Když se šíří základní mód, oscilace laseru nemá nic společného s vnějšími faktory. To znamená, že ve srovnání s jinými (i polovodičovými) pevnolátkovými lasery nemají vláknové lasery termooptické efekty.

Hranolový efekt způsobený teplem a efekt dvojlomu způsobený tlakem v aktivní zóně způsobí snížení kvality paprsku. Při transportu energie čerpadla nepozoruje vláknový laser pokles účinnosti ani při vysokém výkonu.

U vláknového laserového zdroje se tepelné zatížení způsobené procesem čerpání rozšíří na delší plochu. Vzhledem k většímu poměru plochy povrchu k objemu je snazší eliminovat tepelný efekt. Proto je nárůst teploty jádra vláknového laseru malý ve srovnání s lasery s pevnými polovodičovými pumpami. Proto, když laser pracuje, kvantová účinnost je utlumena v důsledku zvyšující se teploty, která hraje u vláknových laserů sekundární roli.

Celkově vzato, zdroj vláknových laserů má následující hlavní výhody.

• Optické vlákno jako médium s vedenou vlnou má vysokou vazebnou účinnost, malý průměr jádra, vysokou hustotu výkonu se snadno tvoří v jádru a lze jej snadno efektivně připojit k současnému komunikačnímu systému optických vláken a vytvořený laser má vysokou účinnost konverze a nízkou laserový práh., Kvalita výstupního paprsku je dobrá a šířka čáry je úzká.
• Protože optické vlákno má velký poměr povrchu k objemu, efekt rozptylu tepla je dobrý a okolní teplota může být mezi -20~+70 ℃, bez velkého vodního chladicího systému, pouze jednoduchého chlazení vzduchem.
• Může pracovat v drsných prostředích, jako jsou vysoké nárazy, vysoké vibrace, vysoká teplota a prašné podmínky.
• Protože optické vlákno má vynikající flexibilitu, laser může být navržen tak, aby byl malý a flexibilní, kompaktního vzhledu, snadnou integrací do systému a nákladově efektivní.
• Má poměrně hodně laditelných parametrů a selektivity. Například Braggova vláknová mřížka s vhodnou vlnovou délkou a propustností je přímo napsána na obou koncích dvojitě plátovaného vlákna, aby nahradila rezonanční dutinu vytvořenou zrcadlovým odrazem. Celovláknový Ramanův laser se skládá z jednosměrného vláknového prstence, kruhové vlnovodné dutiny. Signál v dutině je přímo zesilován světlem pumpy bez inverze populace.