Qu'est-ce que le résonateur laser ?

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L'instrument qui produit la lumière de la source laser s'appelle un résonateur laser, qui comprend un laser à gaz, un laser liquide, un laser à semi-conducteur, un dispositif optique à semi-conducteur et d'autres lasers. Parmi eux, les lasers les plus typiques sont le CO₂ lasers à gaz, lasers à semi-conducteurs, lasers à semi-conducteurs YAG et lasers à fibre.

Composition de base et développement du laser

La composition de base du laser

Bien qu'il existe de nombreux types de lasers, ils produisent tous des lasers par excitation et rayonnement stimulé. Par conséquent, la composition de base des lasers est fixe, généralement composée de matériaux de travail (c'est-à-dire de milieux de travail pouvant produire une inversion de population après avoir été excités), de sources d'excitation (l'énergie qui peut amener la substance de travail à inverser le nombre de particules, également dite source de pompage) et la cavité résonante optique sont composées de trois parties.

Substance de travail

La production du laser doit choisir un matériau de travail approprié, qui peut être gazeux, liquide, solide ou semi-conducteur. Dans ce milieu, le nombre de particules peut être inversé pour créer les conditions nécessaires à l'obtention de la lumière laser. L'existence de niveaux d'énergie métastables est très bénéfique pour la réalisation de l'inversion de population. Il existe près d'un millier de types de matériaux de travail et les longueurs d'onde laser qui peuvent être générées couvrent une large gamme de bandes ultraviolettes sous vide aux bandes infrarouges lointaines.

Source d'excitation

Afin d'inverser le nombre de particules dans la substance active, une certaine méthode doit être adoptée pour exciter le système de particules et augmenter le nombre de particules à des niveaux d'énergie élevés. La méthode de décharge de gaz peut utiliser des électrons avec de l'énergie cinétique pour exciter la substance active, ce qui est appelé excitation électrique; une source de lumière pulsée peut également être utilisée pour irradier la substance active afin de produire une excitation, appelée excitation optique ; il y a l'excitation thermique, l'excitation chimique et ainsi de suite. Diverses méthodes d'incitation sont vivement appelées pompage ou pompage. Afin d'obtenir en continu la sortie laser, il doit être pompé en continu pour maintenir le nombre de particules dans l'état excité.

Cavité optique

Avec un matériau de travail et une source d'excitation appropriés, l'inversion de population peut être réalisée, mais l'intensité du rayonnement stimulé généré de cette manière est très faible et ne peut pas être appliquée. Les gens pensaient donc qu'une cavité résonante optique pouvait être utilisée pour amplifier le rayonnement stimulé. La cavité résonante optique est composée de deux miroirs avec une certaine forme géométrique et des caractéristiques de réflexion optique combinées de manière spécifique. Ses principales fonctions sont les suivantes.

Fournir une capacité de rétroaction optique pour faire aller et venir les photons d'émission stimulés dans la cavité plusieurs fois pour former une oscillation continue cohérente.

Limitez la direction et la fréquence du faisceau oscillant dans la cavité pour garantir que le laser de sortie a une certaine directivité et monochromaticité.

Le développement des lasers

Le laser est l'un des composants de base indispensables dans les systèmes de traitement laser modernes. Avec le développement de la technologie de traitement au laser, les lasers progressent également constamment et de nombreux nouveaux lasers sont apparus.

Les premiers lasers de traitement des sources laser étaient principalement du CO de haute puissance₂, les lasers à gaz et les lasers à solide YAG pompés par lampe. Du point de vue de l'histoire du développement de la technologie de traitement laser, le CO à haut plafond₂ et les lasers apparus au milieu des années 1970 ont développé du CO refroidi par diffusion₂ lasers. Le tableau 2.1 montre l'état de développement du CO₂ lasers.

Type de laser	Type scellé	Type d'écoulement axial lent	Type de flux croisé	Type d'écoulement axial rapide	Ventilateur turbo Débit axial rapide	Refroidissement par diffusion type SLAB
Âge d'apparition	Milieu des années 1970	Début des années 1980	Milieu des années 80	Fin des années 1980	Début des années 90	20e siècle Milieu des années 90
Puissance/W	500	1000	20000	5000	10000	5000
Qualité du faisceau (M2 facteur	Instable	1.5	10	5	2.5	1.2
Qualité du faisceau (KF/mm• mrad)	Instable	5	35	17	9	4.5

CO précoce₂ les lasers avaient tendance à se développer dans le sens d'une augmentation de la puissance laser, mais lorsque la puissance laser atteignait une certaine exigence, la qualité du faisceau du laser était prise en compte et le développement du laser s'est déplacé vers l'amélioration de la qualité du faisceau. Récemment, la dalle CO refroidie par diffusion₂ le laser, qui est proche de la limite de diffraction, a une bonne qualité de faisceau et a été largement utilisé une fois lancé, notamment dans le domaine de la découpe laser, et est privilégié par de nombreuses entreprises.

Le CO₂ Le résonateur laser présente les inconvénients d'un grand volume, d'une structure complexe et d'un entretien difficile. Le métal ne peut pas bien absorber le laser avec une longueur d'onde de 10,6 m, ne peut pas utiliser de fibre optique pour transmettre le laser, et le plasma induit par le temps de soudage est grave et d'autres inconvénients. Plus tard, le laser à solide YAG d'une longueur d'onde de 1,06 m a comblé les lacunes du CO₂ laser dans une certaine mesure. Les premiers lasers à semi-conducteurs YAG utilisaient des méthodes de pompage de lampe, qui présentaient des problèmes tels qu'une faible efficacité laser (environ 3%) et une mauvaise qualité de faisceau. Avec les progrès continus de la technologie laser, les lasers à solide YAG ont continué à progresser et de nombreux nouveaux lasers sont apparus. L'état de développement des lasers à solide YAG est indiqué dans le tableau 2.2.

Type de laser	Lampe pompée	Diode pompée	Fibre pompée	Disque en flocons	Semi-conducteur pompé en bout	laser à fibre
Âge d'apparition	années 1980	Fin des années 1980	Milieu des années 90	Milieu des années 90	Fin des années 90	Début du 21e siècle
Puissance/W	6000	4400	2000	4000（prototype）	200	10000
Qualité du faisceau (M2 facteur)	70	35	35	7	1.1	70
Qualité du faisceau (KF/mm• mard)	25	12	12	2.5	0.35	25

Il ressort du tableau 2.1 et du tableau 2.2 qu'en plus d'améliorer continuellement la puissance du laser, un autre aspect important du développement du laser est d'améliorer continuellement la qualité du faisceau du laser. La qualité du faisceau laser joue souvent un rôle plus important dans le processus de traitement laser que la puissance laser.

Le développement de la fabrication laser avec laser la puissance et la qualité du faisceau sont illustrées à la figure 2.1.

Au début du 21ème siècle, un autre nouveau type de laser laser-semi-conducteur est apparu. Par rapport au CO haute puissance traditionnel₂ lasers à résonateur et lasers à semi-conducteurs YAG, les lasers à semi-conducteurs présentent des avantages techniques évidents, tels qu'une petite taille, un poids léger, un rendement élevé, une faible consommation d'énergie, une longue durée de vie et un taux d'absorption élevé des lasers métal à semi-conducteur. Avec le développement continu de la technologie des lasers à semi-conducteurs, d'autres lasers à semi-conducteurs basés sur des lasers à semi-conducteurs, tels que les lasers à fibre, les lasers à semi-conducteurs pompés et les lasers à feuille, se sont développés rapidement. Parmi eux, les lasers à fibre se développent rapidement, en particulier les lasers à fibre dopée aux terres rares, qui ont été largement utilisés dans les communications par fibre, la détection par fibre, le traitement des matériaux laser et d'autres domaines.

Du CO₂ laser à gaz vers laser à fibre

CO₂ laser à gaz

Un laser qui utilise du CO₂ comme la principale substance de travail est appelé un CO₂ laser. Une petite quantité de N² et il doit être ajouté à sa substance de travail pour améliorer le gain, l'efficacité de la résistance à la chaleur et la puissance de sortie du laser. CO₂ laser a les caractéristiques suivantes.

• La puissance de sortie est grande. Le CO général à tube fermé₂ Le laser peut avoir une puissance de sortie continue de plusieurs dizaines de watts, ce qui est bien plus que les autres lasers à gaz. Le flux latéral de CO excité électriquement₂ le laser peut avoir une puissance continue de plusieurs dizaines de kilowatts.
• Haute efficacité de conversion d'énergie. L'efficacité de conversion énergétique du CO₂ les lasers peuvent atteindre 30% ~ 40%, ce qui dépasse les autres lasers à gaz.
• Le CO₂ le laser utilise la transition entre les niveaux d'énergie du CO₂ vibration moléculaire et possède un spectre relativement riche. Il y a des dizaines de raies spectrales dans la sortie laser près de la longueur d'onde de 10 m. Le CO haute pression₂ Le laser développé ces dernières années peut atteindre une sortie réglable en continu de 9 à 10 m.
• La bande de sortie du CO₂ le laser est exactement la fenêtre atmosphérique (c'est-à-dire que la transparence de l'atmosphère à cette longueur d'onde est relativement élevée)
• De plus, le CO₂ Les lasers ont également les avantages d'une qualité de faisceau de sortie élevée, d'une bonne cohérence, d'une largeur de ligne étroite, d'un fonctionnement stable, etc., ils ont donc été largement utilisés dans l'industrie et la défense nationale.

La structure du CO₂ laser

Un CO excité électriquement longitudinalement scellé typique₂ laser Le résonateur se compose d'un tube laser, d'électrodes et d'une cavité résonante (Figure 2.2). Le composant le plus critique est un tube laser en verre dur, qui adopte généralement une structure de manchon en couches. La couche la plus interne est un tube à décharge, la seconde couche est un tube enveloppe refroidi à l'eau et la couche la plus externe est un tube de stockage de gaz.

Le tube à décharge est situé dans la zone de colonne positive de la décharge luminescente dans la décharge gazeuse. Cette région est riche en particules porteuses d'énergie, telles que les électrons, les ions, les particules métastables et les photons, qui est la région de gain du laser. Pour cette raison, il existe certaines exigences concernant le diamètre, la longueur, la rondeur et la rectitude du tube à décharge. La plupart des équipements en dessous de 100W sont en verre dur. Les appareils de moyenne puissance (100 ~ 500 W) sont généralement constitués de tubes en verre de quartz pour assurer la stabilité de la puissance ou de la fréquence. Le diamètre du tube est généralement d'environ 10 mm et la longueur du tube peut être légèrement plus épaisse.

Il y a une chemise d'eau froide à côté du tube de décharge, sa fonction est de réduire la température du gaz de travail dans le tube, de s'assurer que l'appareil réalise la distribution d'inversion de population et d'empêcher le tube de décharge d'être chauffé et fissuré pendant le processus d'excitation de la décharge. L'ajout d'un carter refroidi à l'eau a pour but de refroidir l'air et le gaz afin que la puissance de sortie reste stable. Le tube de décharge est connecté au tube de stockage de gaz aux deux extrémités. Une extrémité du tube de stockage de gaz a un petit trou communiquant avec le tube de décharge, et l'autre extrémité est connectée au tube de décharge par le tube de retour en spirale afin que le gaz puisse circuler dans le tube de décharge et le tube de stockage de gaz. Le gaz dans le tuyau peut être échangé avec le gaz dans le tuyau de stockage de gaz à tout moment.

La fonction du tube de stockage de gaz le plus à l'extérieur est de réduire le changement de la composition et de la pression du gaz de travail pendant le processus de décharge et d'améliorer la stabilité mécanique du tube de décharge.

Le tube de retour d'air est un tube en spirale mince reliant les deux espaces de la cathode et de l'anode, ce qui peut améliorer la répartition déséquilibrée de la pression entre les électrodes provoquée par le phénomène d'électrophorèse. La valeur du diamètre et de la longueur du tuyau de retour est très importante. Il permet non seulement au gaz à la cathode de s'écouler rapidement vers la zone de l'anode pour obtenir une distribution de gaz uniforme, mais empêche également le phénomène de décharge dans le tuyau de retour.

Les électrodes sont divisées en anode et cathode. Le matériau de la cathode nécessite la capacité d'émettre des électrons, un faible taux de pulvérisation et la capacité de réduire le CO₂. À l'heure actuelle, la plupart des émissions de CO₂ et les résonateurs laser utilisent des électrodes en nickel, et la surface de l'électrode est déterminée par le diamètre intérieur du tube à décharge et le courant de travail. L'électrodéposition est coaxiale au tube à décharge. La taille de l'anode peut être la même que celle de la cathode, ou elle peut être légèrement plus petite.

La cavité résonante est composée d'un miroir total et d'un miroir de sortie. Les miroirs à réflexion totale du CO de moyenne et faible puissance₂ Les résonateurs lasers utilisent généralement des miroirs en verre plaqué or, car le film d'or a une réflectivité élevée de 10,6 m de lumière et est chimiquement stable. Cependant, les miroirs à substrat de verre ont une mauvaise conductivité thermique, donc le CO à haute puissance₂ les lasers utilisent souvent des miroirs métalliques, tels que des miroirs en cuivre ou des miroirs en molybdène, ou des miroirs recouverts d'or et d'un film diélectrique sur un substrat en acier inoxydable en cuivre sans oxygène poli. Le miroir de sortie utilise généralement un matériau qui peut transmettre une longueur d'onde de 10,6 µm comme substrat, et un film multicouche est plaqué dessus pour contrôler une certaine transmittance afin d'obtenir la meilleure sortie de couplage. Les matériaux couramment utilisés sont le chlorure de potassium, le chlorure de sodium, l'aluminium, l'arsenic, le séléniure de zinc, le tellurure de cadmium, etc.

La cavité résonante du CO₂ le laser est généralement plat et concave. Le miroir total est composé de verre optique K8 ou de quartz optique, qui est transformé en un miroir concave avec un grand rayon de courbure. La surface du miroir est recouverte d'un film métallique à haute réflectivité - un film plaqué or, à une longueur d'onde de 10, 6 µm. La réflectivité à cet endroit atteint 98,81 TP1T et les propriétés chimiques sont stables.

La lumière émise par le dioxyde de carbone est de la lumière infrarouge, de sorte que les miroirs entièrement réfléchissants doivent utiliser des matériaux qui transmettent la lumière infrarouge. Parce que le verre optique ordinaire n'est pas transparent à la lumière infrarouge, il est nécessaire d'ouvrir un petit trou au centre du miroir total, puis de sceller un morceau de matériau infrarouge qui peut transmettre des lasers de 10,6 m pour sceller le gaz, ce qui rend le laser dans la cavité résonante à part est une sortie du petit trou à l'extérieur de la cavité pour former un faisceau de lumière laser ou de couteau lumineux.

Le courant de décharge du CO scellé₂ résonateur laser est relativement petit. L'électrode froide est utilisée, et la cathode est constituée d'une feuille de molybdène ou d'une feuille de nickel de forme cylindrique. Le courant de travail est de 30 ~ 40MA, la surface du cylindre cathodique est de 500 cm², afin de ne pas polluer la lentille, une barrière lumineuse est ajoutée entre la cathode et la lentille. La pompe est excitée par une alimentation continue en courant continu.

Caractéristiques de sortie du CO₂ système laser

CO à flux croisés₂ résonateur laser. Le flux de gaz est perpendiculaire à l'axe de la cavité. Le CO₂ Le laser avec cette structure a une qualité de faisceau bas et est principalement utilisé pour le traitement de surface des matériaux et n'est généralement pas utilisé pour la découpe. Par rapport à d'autres CO₂ lasers à CO à flux croisés₂ les lasers ont une puissance de sortie élevée, une qualité de faisceau faible et des prix bas.

CO à flux croisés₂ les lasers peuvent utiliser une excitation en courant continu (DC) et une excitation haute fréquence (HF), et les électrodes sont placées de part et d'autre de la zone de plasma parallèlement à l'axe de la cavité. La tension d'allumage et de fonctionnement du plasma est faible, le gaz traverse la zone de plasma perpendiculairement au faisceau et le passage du gaz traversant le système d'électrodes est très large, de sorte que la résistance à l'écoulement est très faible, le refroidissement du le plasma est très efficace, et la puissance du laser n'est pas trop grande. De nombreuses restrictions.

La longueur de ce type de laser est inférieure à 1m, mais il peut générer 8KW de puissance. Cependant, en raison du flux latéral de gaz à travers le plasma, ce type de laser souffle le plasma loin du circuit de décharge principal, provoquant une déviation plus ou moins triangulaire de la zone de plasma sur la section du faisceau, la qualité du faisceau n'est pas élevée , et les modes d'ordre supérieur apparaissent. Si un trou circulaire est utilisé pour limiter le mode, la symétrie du faisceau peut être améliorée dans une certaine mesure.

CO à débit axial rapide₂ résonateur laser. La structure est illustrée à la figure 2.3. Le flux de gaz laser de ce type de CO₂ laser est le long de l'axe du résonateur. La puissance de sortie du CO₂ laser avec cette structure varie de centaines de watts à 20KW. La qualité du faisceau de sortie est meilleure et c'est la structure principale actuellement utilisée dans la découpe laser.

CO à débit axial rapide₂ les lasers peuvent utiliser une excitation à courant continu (CC) et une excitation à radiofréquence (RF). La forme du plasma entre les électrodes est une colonne élancée. Afin d'éviter que le plasma ne se disperse dans la zone environnante, ce type de zone de décharge se trouve souvent dans un tube cylindrique creux en verre ou en céramique. Le plasma peut être allumé et maintenu aux deux extrémités des deux électrodes annulaires. La tension d'allumage et de fonctionnement dépend de l'électrode. La tension maximale utilisée dans les applications pratiques est de 20~30KV.

Le refroidissement du gaz en circulation adopte la forme d'un écoulement axial rapide. Afin d'assurer une conduction thermique efficace, les ventilateurs Roots ou les ventilateurs à roues réglables sont couramment utilisés pour obtenir ce débit à grande vitesse, mais la résistance à l'écoulement de cette forme géométrique est relativement élevée et la puissance laser de sortie est soumise à certaines limitations, telles que la sortie laser de seulement quelques centaines de watts de l'excitateur DC. La puissance de sortie du laser est limitée, de sorte que plusieurs tubes à décharge de refroidissement à flux axial sont souvent connectés sous forme optique pour fournir une puissance laser suffisante.

Puisque la puissance de sortie du CO₂ Le résonateur laser dépend principalement de la puissance électrique absorbée par unité de volume, l'excitation RF est supérieure à l'excitation CC et la densité de plasma est plus élevée. Le laser à flux axial à excitation RF dans lequel plusieurs tubes à décharge à refroidissement axial sont connectés sous une forme optique, continue La puissance de sortie peut atteindre 20KW. CO axial₂ les lasers, en raison de la symétrie axiale du plasma, sont faciles à utiliser dans le mode fondamental et produisent un faisceau de haute qualité.

Refroidissement par diffusion à lamelles CO₂ laser. CO refroidi par diffusion₂ les lasers sont similaires aux premiers CO scellés₂ lasers. Le gaz de travail du CO scellé₂ laser est enfermé dans un tube à décharge et refroidi par conduction thermique. Bien que la paroi externe du tube à décharge soit efficacement refroidie, le tube à décharge ne peut générer que 50 W d'énergie laser par mètre, et il est impossible de fabriquer un laser compact à haute énergie. CO refroidi par diffusion₂ les lasers utilisent également des méthodes sous gaz, mais les lasers sont des structures compactes, la décharge de gaz excitée par radiofréquence se produit entre deux électrodes de cuivre de plus grande surface. Les électrodes peuvent être refroidies par refroidissement à l'eau, et l'espace étroit entre les deux électrodes peut dissiper la chaleur de la cavité de décharge autant que possible de sorte qu'une densité de puissance de sortie relativement élevée puisse être obtenue.

Le CO refroidi par diffusion₂ Le résonateur laser adopte une cavité résonante stable composée de miroirs cylindriques. Étant donné que la cavité optiquement instable peut facilement s'adapter à la géométrie du milieu de gain laser excité, le CO refroidi par diffusion de type plaque₂ le laser peut produire des faisceaux laser à haute densité de puissance et la qualité du faisceau laser est élevée, mais le faisceau de sortie d'origine de ce type de laser est rectangulaire et un dispositif de mise en forme du faisceau réfléchi refroidi à l'eau est nécessaire pour façonner le faisceau rectangulaire en un cercle faisceau laser symétrique. À l'heure actuelle, la plage de puissance de sortie de ce type de laser est de 1 à 5 kW.

Par rapport au débit de gaz CO₂ lasers, refroidissement par diffusion de plaques CO₂ les lasers ont les caractéristiques d'une structure compacte et robuste et ont un avantage remarquable, c'est-à-dire que dans les applications pratiques, ils n'ont pas besoin d'être frais en tant que flux de gaz CO₂ lasers. Gaz de travail laser, mais un petit récipient cylindrique d'environ 10 L est installé dans la tête laser pour stocker le gaz de travail laser. Ceci peut être réalisé grâce à un dispositif d'alimentation en gaz de travail laser externe et un échangeur de gaz permanent à eau. Ce genre d'agence exécutive fonctionne depuis plus d'un an.

Un laser à semi-conducteur

Le laser à semi-conducteur fait référence à un type de laser avec un semi-conducteur comme matériau de travail. Comparés à d'autres lasers, les lasers à semi-conducteurs présentent les avantages d'une petite taille, d'un rendement élevé, d'une structure simple et robuste et d'une modulation directe. Les lasers à semi-conducteurs ont des applications importantes dans les communications, la télémétrie et le traitement de l'information.

Fondation de semi-conducteurs

Les semi-conducteurs purs sans impuretés sont appelés semi-conducteurs intrinsèques. Si des atomes d'impuretés sont dopés dans des semi-conducteurs intrinsèques, des niveaux d'impuretés se forment en dessous de la bande de conduction et au-dessus de la bande de valence, appelés respectivement niveau donneur et niveau accepteur. La figure 2.4 montre les niveaux d'impuretés des semi-conducteurs monocristallins Si.

Les matériaux semi-conducteurs sont pour la plupart des structures cristallines. Lorsqu'un grand nombre d'atomes sont régulièrement et étroitement combinés dans un cristal, ces électrons de valence dans le cristal se trouvent tous dans la bande d'énergie du cristal. Lorsqu'un champ électrique externe est appliqué, les électrons de la bande de valence passent à la bande de conduction et peuvent se déplacer librement dans la bande de conduction pour conduire l'électricité. La perte d'un électron dans la bande de valence équivaut à l'apparition d'un trou chargé positivement, qui peut également conduire l'électricité sous l'action d'un champ électrique externe. Par conséquent, les trous dans la bande de valence et les électrons dans la bande de conduction ont un effet conducteur, qui est collectivement appelé porteurs.

Un semi-conducteur avec un niveau donneur est appelé semi-conducteur de type n ; un semi-conducteur avec un niveau accepteur est appelé semi-conducteur de type p. À température ambiante, la plupart des atomes donneurs des semi-conducteurs de type n sont ionisés par l'énergie thermique et les électrons sont excités jusqu'à la bande de conduction et deviennent des électrons libres. La plupart des atomes accepteurs des semi-conducteurs de type p capturent des électrons dans la bande de valence et forment des trous dans la bande de valence. Par conséquent, les semi-conducteurs de type n sont principalement conduits par des électrons dans la bande de conduction ; Les semi-conducteurs de type p sont principalement conduits par des trous dans la bande de valence.

Dans un morceau de matériau semi-conducteur, le changement soudain de la région de type p vers la région de type n est appelé jonction pn. Une zone de charge d'espace est formée à l'interface. Les électrons dans la bande de conduction du semi-conducteur de type n diffusent vers la région p, et les trous dans la bande de valence du semi-conducteur de type p diffusent vers la région n. La région de type n près de la région de jonction est chargée positivement car c'est un donneur, et la région de type p près de la région de jonction est chargée négativement car c'est un accepteur. A l'interface, se forme un champ électrique dirigé de la zone n vers la zone p, qui est appelé champ électrique intégré (ou champ électrique auto-construit). Ce champ électrique empêche la diffusion continue des électrons et des trous.

Si une polarisation directe est appliquée au matériau semi-conducteur qui forme la jonction pn, la zone p est connectée à l'électrode positive et la zone n est connectée à l'électrode négative. Le champ électrique de la tension directe est opposé au champ électrique intégré de la jonction pn, ce qui affaiblit l'obstacle du champ électrique intégré à la diffusion des électrons dans le cristal de sorte que les électrons libres dans la zone n sont constamment sous l'action de la tension directe.

Diffusion vers la région p à travers la jonction pn. Lorsqu'il y a un grand nombre d'électrons dans la bande de conduction et de trous dans la bande de valence en même temps dans la zone de jonction, ils se recombinent dans la zone d'injection. Lorsque les électrons de la bande de conduction passent à la bande de valence, l'excès d'énergie est émis sous forme de lumière. sortir. C'est le mécanisme de l'électroluminescence semi-conductrice, et cette luminescence de recombinaison spontanée est appelée émission spontanée.

Pour que la jonction pn génère de la lumière laser, une distribution d'inversion de particules doit être formée dans la zone de jonction, un matériau semi-conducteur fortement dopé doit être utilisé et le courant injecté dans la jonction pn doit être suffisamment important (comme 30KA/cm²). De cette façon, dans la zone locale de la jonction pn, un état de distribution inversé de plus d'électrons dans la bande de conduction que de trous dans la bande de valence peut être formé, générant ainsi un rayonnement stimulé et émettant une lumière laser.

La cavité résonante optique d'un résonateur laser à semi-conducteur est composée d'un plan de clivage (110 faces) perpendiculaire au plan de jonction pn. Il a une réflectivité de 35%, ce qui est suffisant pour provoquer une oscillation laser. S'il est nécessaire d'augmenter la réflectivité, une couche de SiO₂ peut être plaqué sur la surface du cristal, puis une couche de film d'argent métallique peut être plaquée pour obtenir une réflectivité supérieure à 95%.

Une fois qu'une polarisation directe est appliquée au laser à semi-conducteur, l'inversion de population se produit dans la zone de jonction et la recombinaison se produit.

Conditions d'émission stimulée par des semi-conducteurs

Les lasers à semi-conducteur fonctionnent en injectant des porteurs et les lasers émetteurs doivent remplir les trois conditions de base suivantes.

• Il est nécessaire de produire une distribution d'inversion de population suffisante, c'est-à-dire que le nombre de particules dans l'état de haute énergie est suffisamment plus grand que le nombre de particules dans l'état de basse énergie.
• Il existe une cavité résonante appropriée qui peut jouer un rôle de rétroaction afin que les photons du rayonnement stimulé prolifèrent pour produire une oscillation laser.
• Une certaine condition de seuil doit être remplie pour que le gain de photons soit égal ou supérieur à la perte de photons.

Laser à semi-conducteur à homojonction de type injection

Le résonateur laser à semi-conducteur GaAs à homojonction de type injection est le premier laser à semi-conducteur à être développé avec succès. La jonction homogène fait référence à une jonction pn composée de semi-conducteurs de type p et de type n du même matériau matriciel (tel que GaAs), et le type d'injection fait référence à une méthode de pompage qui alimente directement le laser à semi-conducteur et injecte du courant pour exciter la substance de travail .

La figure 2.5 (a) montre la structure d'apparence typique de ce laser. Il y a une petite fenêtre sur la coque du tube pour émettre le laser, et l'électrode à l'extrémité inférieure du tube est utilisée pour l'alimentation externe. À l'intérieur de la coque se trouve la matrice laser, comme le montre la figure 2.5 (b). Il existe de nombreuses formes de matrice, la figure 2.5(c) est un diagramme schématique de la structure de la matrice en forme de mésa. L'épaisseur de la jonction pn n'est que de quelques dizaines de microns. Généralement, une fine couche de GaAs de type p est cultivée au fond du village de GaAs de type n pour former la jonction pn.

La cavité résonante du laser utilise généralement directement deux faces d'extrémité perpendiculaires à la jonction pn. L'indice de réfraction de GaAs est de 3,6 et la réflectivité de la lumière perpendiculairement à la surface d'extrémité est de 32%. Afin d'augmenter la puissance de sortie et de réduire le courant de fonctionnement, l'une des surfaces réfléchissantes est généralement plaquée d'or.

Laser à semi-conducteur à hétérojonction

Des études ont montré qu'il est difficile pour les lasers à semi-conducteurs à homojonction d'obtenir des courants de seuil bas et d'atteindre un fonctionnement continu à température ambiante. Par conséquent, les gens ont développé des lasers à hétérojonction sur cette base. Les lasers à hétérojonction sont également des lasers à hétérojonction simple (SH) et des lasers à hétérojonction double (SH). Laser à jonction de masse (DH).

Laser à semi-conducteur à hétérojonction unique. La figure 2.6 montre la structure d'un seul laser à hétérojonction (GaAs-P-Ga_{1 fois}Al_XAs) et un diagramme schématique du changement de bande d'énergie, du changement d'indice de réfraction et de la distribution de l'intensité lumineuse de chaque région. On peut voir qu'après avoir ajouté le matériau hétérogène GaAs-P-Ga_{1 fois}Al_XQuant au côté P-GaAs, la barrière d'énergie électronique d'interface fait que les électrons injectés dans P-GaAs à partir de N-GaAs ne peuvent être confinés que dans la zone P pour se recombiner et générer des photons. En raison du changement d'indice de réfraction à l'interface de P-GaAs et P-Ga_{1 fois}Al_XAu fur et à mesure que les photons générés par la recombinaison dans la zone active sont réfléchis et confinés dans la couche P-GaAs.

L'effet de confinement de l'hétérojonction sur les électrons et les photons réduit leur perte de sorte que la densité de courant seuil du laser à hétérojonction unique à température ambiante est réduite à 8KA/cm².

Dans une seule source laser à hétérojonction, l'hétérojonction joue un rôle dans la limitation de la diffusion des porteurs, mais elle n'est pas utilisée pour l'injection, donc la valeur de x est généralement choisie relativement grande, telle que 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.

Source laser semi-conductrice à double hétérojonction. L'épitaxie en phase liquide a été utilisée pour faire croître séquentiellement le N-Ga_{1 fois}Al_XAs, P-GaAs, P-Ga_{1 fois}Al_XAs, As couches minces monocristallines au fond du village de N-GaAs. Il y a N-Ga_{1 fois}Al_XComme, comme couches et P-Ga_{1 fois}Al_XComme des couches de part et d'autre de la zone active P-GaAs, formant N-Ga_{1 fois}Al_XAs /P-GaAs et P-GaAs/P-Ga_{1 fois}Al_XComme deux hétérojonctions de N-Ga_{1 fois}Al_XAs et P-Ga_{1 fois}Al_XComme le montre la figure 2.7.

La figure 2.8 montre la bande d'énergie, l'indice de réfraction et la distribution d'intensité lumineuse d'un laser à double hétérojonction. La région active P-GaAs est prise en sandwich entre deux Ga à large bande interdite_{1 fois}Al_XEn tant que couches. Pour cette structure, du fait de sa symétrie, elle n'est plus limitée à la seule injection d'électrons. La structure à double hétérojonction permet d'utiliser efficacement à la fois l'injection d'électrons et l'injection de trous. Si la largeur de la région active est inférieure à la longueur de diffusion des porteurs, la plupart des porteurs peuvent diffuser vers la région active avant la recombinaison. Lorsqu'ils atteignent l'hétérojonction, ils sont repoussés par la barrière de potentiel et restent dans la région active. Si l'épaisseur d de la région active est beaucoup plus petite que la longueur de diffusion des porteurs, les porteurs rempliront uniformément la région active. Pour ce type de laser, la recombinaison se produit presque uniformément dans la région active.

Étant donné que les deux côtés de la zone active sont des matériaux à large bande, l'indice de réfraction effectif saute dans la hiérarchie, de sorte que les photons sont confinés dans la zone active et que la distribution du champ lumineux est également symétrique. La double hétérojonction peut limiter efficacement les porteurs et les photons, de sorte que la densité de courant de seuil du laser est considérablement réduite et le fonctionnement continu du laser à température ambiante est réalisé.

Une fois que le laser à double hétérojonction a atteint un fonctionnement continu à température ambiante, le problème en suspens est de savoir comment améliorer la durée de vie de l'appareil, qui peut commencer par résoudre le problème de la structure de la zone active et de la dissipation thermique. Avec les différentes exigences, il existe plusieurs structures de lasers à double hétérojonction, la plus typique est le laser à double hétérojonction (DH) en barre. En GaAs/Ga_{1 fois}Al_XComme les lasers DH, la bande interdite de GaAs correspond à une longueur d'onde laser d'environ 0,89 µm. Les lasers InP/InGaAsP DH couvrent une plage de 0,92 ~ 1,65 чm. Étant donné que la plus faible perte de fibre optique est de 1,3 à 1,6 чm, les lasers InP/InGaAsP DH ont des applications importantes pour les systèmes de communication à fibre optique longue distance, tandis que GaAs/Ga_{1 fois}Al_XComme les lasers DH sont souvent utilisés dans les systèmes de communication à fibre optique à courte distance.

Laser à solide YAG

Le noyau de l'émission laser est la substance de travail du laser (c'est-à-dire la substance de travail contenant le niveau d'énergie métastable) dans le laser qui peut réaliser l'inversion de population, comme le laser dont la substance de travail est cristalline ou verre, qui est appelé cristal laser et laser de verre, respectivement. Habituellement, ces deux types de lasers sont collectivement appelés lasers à solide. Parmi les lasers, le laser à solide a été le premier à se développer. Ce type de laser a une petite taille, une puissance de sortie élevée et une application pratique. Il existe trois principaux matériaux de travail pour les lasers à solide; le grenat d'aluminium et d'yttrium dopé au néodyme (Nd : YAG), avec une longueur d'onde de sortie de 1,06 µm, qui est blanc et bleu ; verre au néodyme, avec une longueur d'onde de sortie de 1,06 m, qui est bleu-violet ; ruby, la longueur d'onde de sortie est de 0,694 чm, ce qui est rouge.

Les lasers YAG sont le type le plus courant de lasers à solide. Les lasers YAG sont sortis plus tard que les lasers à verre rubis et néodyme. En 1964, les cristaux de YAG ont été développés avec succès. Après plusieurs années de travail acharné, les propriétés optiques et physiques des matériaux cristallins YAG ont été continuellement améliorées et le processus de préparation des cristaux YAG de grande taille a été surmonté. En 1971, des cristaux Nd:YAG de grande taille d'un diamètre de 40 mm et d'une longueur de 200 mm ont pu être étirés, ce qui a fourni des cristaux de haute qualité à un coût modéré pour le développement des lasers YAG et a favorisé le développement du YAG. lasers.

Dans les années 1970, le développement des lasers a inauguré une recrudescence de la recherche et de l'application des lasers YAG. Les instituts de recherche de nombreux pays industrialisés ont investi beaucoup de main-d'œuvre et de ressources financières pour étudier comment améliorer l'efficacité, la puissance et la fiabilité des lasers YAG et résoudre les problèmes d'ingénierie. Certains résultats d'application ont été obtenus dans les domaines de la télémétrie laser, du radar laser, du traitement industriel au laser et du traitement médical au laser. Par exemple, le YAG Laser Precision Tracking Radar (système PATS) a été utilisé avec succès dans la plage de mesure des missiles en 1971 par la société Silvania aux États-Unis. Dans les années 1980, la recherche et l'application des lasers YAG ont mûri et sont entrées dans une période de développement rapide, devenant le courant dominant du développement et de l'application de divers lasers.

La structure du laser YAG

De manière générale, le laser YAG fait référence au Nd : laser YAG dopé au Nd trivalent³⁺ dans le cristal de grenat d'aluminium et d'yttrium (YAG). Il émet une source laser proche infrarouge de 1,06 m et est un laser à solide qui peut fonctionner en continu à température ambiante. Dans les lasers pulsés de petite et moyenne puissance, les lasers Nd:YAG sont actuellement utilisés en quantité bien plus importante que les autres lasers. La puissance d'impulsion unique émise par ce laser peut atteindre 107 W ou plus, ce qui permet de traiter des matériaux à des vitesses extrêmement élevées. Les lasers YAG ont une énergie élevée, une puissance de crête élevée, une structure compacte, une fermeté et une durabilité, des performances fiables, un traitement sûr, un contrôle simple, etc. Caractéristiques, il est largement utilisé dans l'industrie, la défense nationale, le traitement médical, la recherche scientifique et d'autres domaines. Nd : Le cristal YAG a d'excellentes propriétés thermiques et convient très bien à la fabrication de dispositifs laser continus et répétitifs.

Le laser YAG comprend une tige de source laser YAG, une lampe au xénon, une cavité de condenseur, un commutateur Q, un polariseur, un miroir total, une semi-rétroaction, etc., la structure est illustrée à la figure 2.9

Le milieu de travail du dispositif micro-optique YAG est Nd : tige YAG, les côtés sont rugueux, les deux extrémités sont rectifiées dans un plan et le revêtement antireflet est plaqué. Le cristal doubleur de fréquence adopte un cristal d'oxyde de tétanie de potassium (KTP) avec un revêtement antireflet des deux côtés. La cavité de spectroscopie laser adopte une cavité stable plano-concave, la longueur de la cavité est de 530 mm et le rayon de courbure du miroir total plano-concave est de 2 m. Veuillez utiliser des lentilles à quartz à haute transmittance et à haute réflexion pour le miroir du galvanomètre, et la fréquence de modulation du dispositif de commutation Q est réglable.

La cavité résonante laser est une cavité pliée à trois miroirs avec une résonance de ligne spectrale de 1,3 mm, comprenant deux modules de pompe laser à semi-conducteur, chaque module est composé de réseaux laser à semi-conducteur (LD) à onde continue de 20 W avec une longueur d'onde centrale de 808 nm, et le total largeur de raie spectrale Moins de 3 nm, le cristal laser est de 3 mm × 75 mm Nd : YAG, la concentration de dopage est de 1.0%, et un rotateur à quartz à 90° laser de 1,319 nm est inséré entre les deux modules de pompe LD pour compenser l'effet de biréfringence induit thermiquement .

Les zones stables de la cavité résonante de la lumière polarisée radialement et de la lumière polarisée radialement se chevauchent, ce qui est bénéfique pour augmenter la puissance de sortie et améliorer la qualité du faisceau. Le commutateur Q acousto-optique avec une perte de diffraction élevée est utilisé pour générer une sortie d'impulsion à commutation Q, et la fréquence de répétition peut être ajustée dans la plage de 1 à 50 kHz. La cavité résonante conçue produit un véritable focus sur le bras replié pour augmenter la densité de puissance, ce qui est bénéfique pour la conversion de fréquence non linéaire.

Miroir plan M₁ est recouvert de 1319 nm, 659. Système de film double haute réflexion 4 nm, miroir plan-concave M₂ est un miroir de couplage de sortie, et un miroir plan-concave M₃ est un film à haute réflexion à trois longueurs d'onde de 1319 nm, 659 nm, 440 nm. Étant donné que l'intensité de la raie spectrale de 1064 nm du cristal Nd:YAG est trois fois supérieure à celle de la longueur d'onde de 1319 nm, le M₁, M₂, M₃, la conception du miroir à cavité nécessite que la transmittance de la longueur d'onde de 1064 nm soit supérieure à 60%, ce qui est très important pour supprimer l'oscillation laser de 1064 nm. de.

Afin de réduire la perte d'insertion dans la cavité, tous les composants de la cavité doivent être recouverts d'un revêtement antireflet. Le laser à semi-conducteur n'ajoute aucune mesure de mise en forme ni aucun composant d'imagerie optique, et le cristal Nd:YAG est pompé à partir des directions adjacentes à 120 °. En optimisant les paramètres de pompage, un profil de gain relativement uniforme et de type Gauss peut être obtenu. Cette conception est simple, compacte et pratique, et peut être mieux adaptée au mode propre du résonateur, ce qui est bénéfique pour améliorer l'efficacité d'extraction d'énergie et la qualité du faisceau.

Parce que le cristal de tribimate de lithium (LBO) a un seuil de dommage élevé, une faible absorption de la lumière de fréquence fondamentale et une lumière à fréquence doublée, il peut atteindre une correspondance de phase à double fréquence et triple fréquence de 1319 nm et présente les avantages de coefficients non linéaires efficaces appropriés, alors choisissez deux Les cristaux LBO sont utilisés comme cristaux pour le doublage de fréquence intracavité et la somme de fréquence intracavité.

Caractéristiques de sortie du laser YAG

• Nd pompé par lampe : laser YAG. La structure est illustrée à la Figure 2.10 et à la Figure 2.11. Le milieu à gain Nd:YAG est en forme de tige et il est souvent placé sur la ligne focale de la cavité du condenseur à réflexion à double cercle de sucre. Les deux lampes de pompe sont situées sur les deux lignes focales externes de la double ellipse, et l'eau de refroidissement circule entre la lampe de pompe et la tige laser avec un manchon en tube de verre.
• Dans les lasers à haute puissance, l'effet thermique du barreau laser limite la puissance de sortie maximale de chaque barreau laser. La chaleur à l'intérieur du barreau laser et le refroidissement de la surface du barreau laser provoquent le gradient de température du cristal de sorte que la puissance maximale de la pompe doit être inférieure à celle de causer des dommages. La limite de stress. La plage de puissance effective d'un laser Nd:YAG à une seule tige est de 50 à 800 W. Des lasers Nd : YAG de puissance plus élevée peuvent être obtenus en connectant des barreaux laser Nd : YAG en série.
• Nd pompé par diode : laser YAG. La structure d'un laser Nd:YAG pompé par diode est illustrée à la figure 2.12, et un laser à semi-conducteur GaAlAs est utilisé comme source de lumière de pompage.
• L'utilisation d'un laser à semi-conducteur comme source de pompage augmente la durée de vie des composants et élimine la nécessité de remplacer régulièrement la lampe de pompage lors de l'utilisation du pompage de la lampe. Le laser Nd:YAG pompé par diode a une fiabilité plus élevée et un temps de travail plus long.
• Le rendement de conversion élevé du laser Nd:YAG pompé par diode provient de la bonne correspondance spectrale entre le spectre d'émission du laser à semi-conducteur et l'absorption de Nd:YAG. Le laser à semi-conducteur GaAIA émet une longueur d'onde à bande étroite. En ajustant avec précision la teneur en Al, il peut émettre de la lumière à 808 nm, qui se situe dans la bande d'absorption de Nd³⁺ particules. L'efficacité de conversion électro-optique des lasers à semi-conducteurs est d'environ 40%-50%, ce qui est la raison pour laquelle le Nd pompé par diode; Les lasers YAG peuvent atteindre une efficacité de conversion de plus de 10%. Alors que la lampe est excitée pour produire de la lumière blanche, le cristal Nd:YAG n'absorbe qu'une petite partie du spectre, ce qui conduit à sa faible efficacité.

Laser à fibre

Classification des lasers à fibre

Les lasers à fibre sont des lasers qui utilisent des fibres optiques comme support de source laser. Selon le mécanisme incitatif, il peut être divisé en quatre catégories suivantes.

• Source laser à fibre dopée aux terres rares, en dopant différents ions de terres rares dans le matériau de la matrice fibreuse pour obtenir la sortie laser de la bande de longueur d'onde requise.
• Lasers à fibre fabriqués en utilisant les effets non linéaires des fibres, tels que la diffusion Raman stimulée (SRS), etc.
• Lasers à fibre monocristalline, dont les lasers à fibre monocristalline rubis, Nd : lasers à fibre monoproduit YAG, etc.
• Laser à fibre de colorant, en remplissant le noyau en plastique ou le revêtement avec un colorant pour obtenir une sortie laser.

Parmi ces types de lasers à fibre, les lasers à fibre et les amplificateurs dopés aux ions de terres rares sont les plus importants et connaissent le développement le plus rapide. Ils ont été appliqués dans les domaines de la communication par fibre, de la détection par fibre et du traitement des matériaux laser, ce type de laser.

Principe du guide d'ondes du laser à fibre

La structure géométrique d'une source laser à fibre monocouche est illustrée à la figure 2.13. Par rapport à la source des lasers à semi-conducteurs, les lasers à fibre ont au moins un trajet de faisceau libre formé dans le résonateur laser, et la formation et l'introduction du faisceau dans les lasers à fibre sont réalisées dans des guides d'ondes optiques. Généralement, ces guides d'ondes optiques sont à base de matériaux diélectriques optoélectroniques dopés aux terres rares. Par exemple, les matériaux de silicium, de verre phosphate et de verre fluoré présentent une atténuation d'environ 10 dB/km, ce qui est inférieur de plusieurs ordres de grandeur à celui des cristaux laser à l'état solide. Par rapport aux matériaux solides cristallins, les bandes d'absorption et d'émission des ions de terres rares présentent un spectre élargi. En effet, l'interaction du substrat de verre réduit la stabilité de fréquence et la largeur requise de la source lumineuse de pompage. Par conséquent, il est nécessaire de choisir une source de pompe à diode laser avec une longueur d'onde appropriée pour les lasers à fibre.

La fibre optique contient un cœur actif dopé aux terres rares avec un indice de réfraction de n₁, généralement entouré d'une couche de revêtement en verre de silice pur, et l'indice de réfraction du revêtement est n₂<n₁. Par conséquent, sur la base de la réflexion totale à l'intérieur de l'interface entre le coeur et la gaine, le guide d'ondes est généré dans la couche de coeur. Pour le rayonnement de pompage et le rayonnement laser, la couche centrale du laser à fibre est à la fois un milieu actif et un guide d'ondes. L'ensemble de la fibre optique est protégé des influences extérieures par une couche extérieure en polymère.

Pour les lasers à fibre optiquement excités, le rayonnement de pompage est couplé au noyau laser à travers la surface de la fibre. Cependant, s'il est pompé axialement, le rayonnement de pompage doit être couplé dans un guide d'onde de quelques microns seulement. Par conséquent, une source de rayonnement de pompage hautement transparente doit être utilisée pour exciter la fibre multimode, et la puissance de sortie actuelle de la source de rayonnement est limitée à environ 1 W. Afin d'amplifier la puissance de pompage proportionnellement, il est nécessaire de faire correspondre les paramètres de faisceau de la fibre à grande ouverture avec le réseau laser à semi-conducteur haute puissance. Cependant, le noyau actif de la fibre agrandie permet des oscillations de mode transverse plus élevées, ce qui entraînera une qualité de faisceau réduite. À l'heure actuelle, une conception à double gaine est utilisée, c'est-à-dire qu'une couche centrale isolée est utilisée pour pomper et émettre des lasers, et de bons résultats peuvent être obtenus.

Laser à fibre double gaine

La fibre dopée à double gaine se compose de quatre parties : âme, gaine intérieure, gaine extérieure et couche protectrice.

La fonction du noyau de fibre est d'absorber la lumière de pompage entrante et de confiner la lumière laser rayonnée dans le noyau ; comme guide d'ondes, confiner la lumière laser à transmettre dans le noyau et contrôler le mode.

Le rôle de la couche de revêtement interne est d'envelopper le noyau et de confiner la lumière laser rayonnée à l'intérieur du noyau ; en tant que guide d'ondes, la transmission multimode de la lumière de pompage couplée à la couche de gaine interne la fait réfléchir dans les deux sens entre la couche de gaine interne et la couche de gaine externe. Passer à travers le noyau de fibre monomode et être absorbé

Pour les lasers à fibre à double gaine, le rayonnement de pompage n'est pas émis directement vers la couche centrale active, mais dans la couche centrale multimode environnante. La couche de noyau de pompe est également comme la couche de gaine. Afin de réaliser les caractéristiques de guide d'ondes optiques de la couche centrale de pompage à la couche centrale active, le revêtement environnant doit avoir un petit indice de réfraction. Habituellement, on utilise du verre de silice dopé au fluor ou un polymère hautement transparent à faible indice de réfraction. Le diamètre typique du noyau de la pompe est de plusieurs centaines de microns, et son ouverture numérique NA≈0,32~0,7, comme le montre la figure 2.14.

Le rayonnement émis vers le noyau de pompe est couplé dans le noyau laser sur toute la longueur de la fibre, où il est absorbé par les ions de terres rares, et toute la lumière de haut niveau est excitée. Grâce à cette technologie, le rayonnement de pompe multimode peut être converti efficacement des lasers à semi-conducteurs haute puissance en rayonnement laser, et il a une excellente qualité de faisceau.

Caractéristiques techniques de la source laser fibre

Les lasers à fibre offrent la possibilité de surmonter la limitation de la puissance de sortie calibrée des lasers à solide tout en maintenant la qualité du faisceau. La qualité du faisceau laser final dépend du profil d'indice de réfraction de la fibre, et le profil d'indice de réfraction de la fibre dépend finalement de la taille géométrique et de l'ouverture numérique du guide d'onde activé. Lorsque le mode fondamental se propage, l'oscillation laser n'a rien à voir avec des facteurs externes. Cela signifie que par rapport à d'autres lasers à semi-conducteurs (même pompés par des semi-conducteurs), les lasers à fibre n'ont pas d'effets thermo-optiques.

L'effet de prisme provoqué par la chaleur et l'effet de biréfringence provoqué par la pression dans la zone active entraîneront une diminution de la qualité du faisceau. Lorsque l'énergie de pompage est transportée, le laser à fibre n'observe pas de diminution de rendement même à haute puissance.

Pour la source laser à fibre, la charge thermique causée par le processus de pompage s'étendra à une zone plus longue. En raison du rapport surface/volume plus important, l'effet thermique est plus facile à éliminer. Par conséquent, l'élévation de température du cœur du laser à fibre est faible par rapport aux lasers à pompe à semi-conducteurs solides. Par conséquent, lorsque le laser fonctionne, l'efficacité quantique est atténuée en raison de l'augmentation de la température, qui joue un rôle secondaire dans les lasers à fibre.

Ensemble, les sources laser à fibre présentent les principaux avantages suivants.

• La fibre optique en tant que support à ondes guidées a une efficacité de couplage élevée, un petit diamètre de noyau, une densité de puissance élevée est facilement formée dans le noyau et peut être facilement connectée au système de communication par fibre optique actuel de manière efficace, et le laser formé a une efficacité de conversion élevée et une faible seuil laser., La qualité du faisceau de sortie est bonne et la largeur de la ligne est étroite.
• Parce que la fibre optique a un grand rapport surface/volume, l'effet de dissipation thermique est bon et la température ambiante peut être comprise entre -20 ~ + 70 , sans un énorme système de refroidissement par eau, seulement un simple refroidissement par air.
• Il peut fonctionner dans des environnements difficiles, tels que des impacts élevés, des vibrations élevées, des températures élevées et des conditions poussiéreuses.
• Parce que la fibre optique a une excellente flexibilité, le laser peut être conçu pour être petit et flexible, d'apparence compacte, facile à intégrer au système et rentable.
• A pas mal de paramètres réglables et de sélectivité. Par exemple, un réseau de fibre de Bragg avec une longueur d'onde et une transmittance appropriées est directement écrit sur les deux extrémités d'une fibre à double gaine pour remplacer la cavité résonante formée par réflexion miroir. Le laser Raman tout fibre est composé d'un anneau de fibre unidirectionnel, d'une cavité de guide d'ondes circulaire. Le signal dans la cavité est directement amplifié par la lumière de pompage sans inversion de population.