Zer da zuntz laser bat?

Definizioa: dopatutako zuntz bat irabazteko medio gisa erabiltzen duen laser bat, edo laser erresonatzailea gehienbat zuntzez osatuta dagoen laser bat.

Zuntz-laserrek normalean zuntza irabazi-medio gisa erabiltzen duten laserrak aipatzen dituzte, nahiz eta erdieroaleen irabazteko euskarria (erdieroale-anplifikadore optikoak) eta zuntz-erresonagailuak erabiltzen dituzten laser batzuei zuntz-laser (edo erdieroale optiko-laser) ere dei dakiekeen. Horrez gain, beste laser mota batzuei (adibidez, zuntzekin akoplatutako erdieroaleen diodoak) eta zuntz anplifikadoreei zuntz laserrak (edo zuntz laser sistemak) ere deitzen zaizkie.

Gehienetan, irabazi-medioa lur arraroen ioiekin dopatutako zuntz bat da, hala nola, erbioa (Er3+), itterbioa (Yb3+), torioa (Tm3+) edo praseodimioa (Pr3+), eta zuntzekin akoplatutako laser diodo bat edo gehiago behar dira. ponpatzeko. Nahiz eta zuntz-laserren irabazi-medioa egoera solidoko ontziratu gabeko laserren antzekoa den, uhin-gida-efektuak eta modu eraginkorreko eremu txikiak propietate desberdinak dituzten laserrak sortzen dituzte. Esaterako, laser irabazi handia eta erresonatzaileen barrunbe-galera handiak izaten dituzte. Ikusi sarrerak zuntz laserra eta solteko laserra.

1. irudia

Zuntz laser erresonagailua

Laser erresonatzaile bat zuntz optiko bat erabiliz lortzeko, erresonatzaile lineal bat osatzeko, edo zuntz-eraztun-laser bat sortzeko hainbat islatzaile erabil daitezke. Laser erresonadore optiko lineal batean islagailu mota desberdinak erabil daitezke:

2. irudia

1. Laborategiko konfigurazioetan, perpendikularki moztutako zuntzen muturretan ispilu dikroiko arruntak erabil daitezke, 1. irudian ikusten den moduan. Hala ere, soluzio hau ezin da eskala handiko ekoizpenean erabili eta ez da iraunkorra.

2. Zuntz biluzi baten amaieran dagoen Fresnel isla nahikoa da zuntz laser baten irteerako akoplatzaile gisa balio izateko. 2. irudiak adibide bat erakusten du.

3. Estaldura dielektrikoak zuzenean zuntz-muturretan ere jar daitezke, normalean lurrunketaz. Horrelako estaldurak islapen handia lor dezakete sorta zabalean.

4. Produktu komertzialetan, zuntz Bragg sareak erabili ohi dira, zuzenean dopatutako zuntzetatik edo dopatu gabeko zuntzekin zuntz aktiboekin elkarriztuz presta daitezkeenak. 3. irudiak Bragg islatzaile-laser banatua (DBR laser) erakusten du, bi zuntz sare dituena. Banatutako feedback-laser bat ere badago, dopatutako zuntzean sare batekin eta tartean fase-aldaketa batekin.

5. Zuntzetik igortzen den argia lente batek kolimatuta eta ispilu dikroiko batek atzera islatzen badu, potentzia hobeto maneia daiteke. Ispiluak jasotzen duen argiak intentsitatea asko murriztuko du habe-eremu handiagoa dela eta. Hala ere, lerrokatze desegoki txikiek islapen-galera handiak eragin ditzakete, eta zuntzaren amaierako alderdietan Fresnel-en isla osagarriek iragazki-efektuak sor ditzakete. Azken hori ezabatu daiteke zuntz zuntz-mutur angeludunak erabiliz, baina honek uhin-luzeraren araberako galerak eragiten ditu.

6. Era berean, begizta optikoko islatzailea osatzea posible da zuntz-akoplatzailea eta zuntz pasiboak erabiliz.

Laser optiko gehienak zuntzarekin akoplatutako erdieroale laser batek edo gehiagok ponpatzen dituzte. Ponpa-argia zuzenean zuntz-nukleoan edo potentzia handian ponparen estalduran akoplatzen da (ikus bikoitzeko zuntzak), eta hori zehatz-mehatz aztertuko da jarraian.

Zuntz-laser mota asko daude, eta horietako batzuk jarraian azaltzen dira.

Zuntz-laser mota asko daude, eta horietako batzuk jarraian azaltzen dira.

Potentzia handiko zuntz laserrak

Hasieran, zuntz laserrek miliwatt gutxiko irteera-potentzia besterik ez zuten lortzen. Gaur egun, potentzia handiko zuntz laserrek ehunka watt-eko irteera-potentzia lor dezakete, eta batzuetan modu bakarreko zuntzetatik hainbat kilowatt ere bai. Hau aspektu-erlazioa eta uhin-gidaren efektuak handituz lortzen da, efektu termo-optikoak saihesten dituztenak.

Ikusi sarrera potentzia handiko zuntz laserrak eta anplifikadoreak xehetasun gehiago lortzeko.

Upconversion zuntz laserrak

Zuntz laserrak bereziki egokiak dira goranzko konbertsio-laserak egiteko, normalean sarritan nahiko bakan dauden laser-trantsizioetan funtzionatzen dutenak eta ponpa-intentsitate oso handiak behar dituztenak. Zuntz-laseretan, ponpa-intentsitate handiak mantendu daitezke distantzia luzeetan, horrela lortzen den irabazi-efizientzia erraz lortzen da irabazi oso baxuko trantsizioetarako.

Kasu gehienetan, silize-zuntzak ez dira egokiak gorako konbertsio-zuntz-laseretarako, gorako konbertsio-mekanismoak energia-maila elektronikoan tarteko egoera-bizitza luzea eskatzen duelako, normalean silize-zuntzetan oso txikia den fonoi-energia handia dela eta (ikus multifotoiaren trantsizioak). Hori dela eta, metal astuneko fluoruro-zuntz batzuk erabili ohi dira, hala nola ZBLAN (fluorozirkonatoa) fonoien energia baxua duena.

Gehien erabiltzen diren upconversion zuntz laserrak argi urdinerako torioarekin dopatutako zuntzak, praseodimioarekin dopatutako laserrak (batzuetan itterbioarekin) argi gorri, laranja, berde edo urdinerako eta erbioarekin triodorako dopatutako laserrak dira.

Lerro zabalera estuko zuntz laserrak

Zuntz laserrek luzetarako modu bakarrean funtziona dezakete (ikus maiztasun bakarreko laserra, modu bakarreko funtzionamendua) kilohertz gutxiko lerro-zabalera oso estuarekin edo 1 kHz baino gutxiagorekin. Epe luzerako maiztasun bakarreko funtzionamendu egonkorra izateko, eta tenperaturaren egonkortasuna kontuan hartu ondoren baldintza gehigarririk gabe, laser barrunbeak laburra izan behar du (adibidez, 5 cm), nahiz eta barrunbea zenbat eta luzeagoa izan, printzipioz, orduan eta fase zarata txikiagoa eta estuagoa izan. lerro-zabalera. Zuntzaren muturrak banda estuko zuntz Bragg sare bat dauka (ikus Bragg islatzailearen laser banatua, DBR zuntz laserra) barrunbe modua hautatzeko. Irteerako potentzia normalean miliwatt gutxi batzuetatik hamarnaka miliwatt bitartekoa da, eta 1 W arteko irteerako potentzia duten maiztasun bakarreko zuntz laserrak ere eskuragarri daude.

Muturreko forma bat feedback-laser banatua (DFB laser) da, non laser barrunbe osoa zuntz Bragg sare baten barruan dagoen fase-aldaketa batekin. Hemen barrunbea nahiko laburra da, irteerako potentzia eta linea-zabalera sakrifikatzen dituena, baina maiztasun bakarreko funtzionamendua oso egonkorra da.

Zuntz-anplifikagailuak ere erabil daitezke potentzia handiagoetara gehiago anplifikatzeko.

Q-switched zuntz laserrak

Zuntz laserrek hamarnaka eta ehunka nanosegundo arteko luzera duten pultsuak sor ditzakete, hainbat Q etengailu aktibo edo pasibo erabiliz. Milijoule gutxiko pultsu-energiak lor daitezke modu handiko zuntzekin, eta muturreko kasuetan hamarnaka milijouletara irits daitezke, saturazio-energiak (nahiz eta modu handiko zuntzekin) eta kalte-atalaseak (nabarmenagoa pultsu laburretarako) mugatuta. Zuntz gailu guztiak (espazio askeko optikoa izan ezik) pultsu-energian mugatuta daude, normalean ezin dutelako eremu handiko zuntzak ezarri eta Q kommutazio eraginkorra.

Laser-irabazpen handia dela eta, zuntz-laseretan Q-switching-a oso desberdina da ontziratu gabeko laserrekiko eta konplexuagoa da. Denbora-eremuan erpin anitz egon ohi dira, eta erresonadorearen joan-etorriko denbora baino luzera txikiagoa duten Q-switched pultsuak ekoiztea ere posible da.

Modu bidez blokeatutako zuntz laserrek erresonatzaile konplexuagoak erabiltzen dituzte (zuntz ultralaburra) pikosegundo edo femtosegundoko pultsuak sortzeko. Hemen, laser erresonatzaileak modulatzaile aktibo bat edo xurgatzaile saturatu batzuk ditu. Xurgatzaile aseak polarizazio ez-linealaren biraketa-efektuen bidez edo zuntz-begizta-ispilu ez-lineala erabiliz lor daitezke. Begizta ez-linealaren ispiluak erabil daitezke, adibidez, 8. irudiko "zortzi-laserrean"-ean, non ezkerreko aldean erresonatzaile nagusi bat eta zuntz-eraztun ez-lineal bat dauden pultsu ultralaburrak anplifikatu, moldatu eta egonkortzeko. Batez ere modu harmonikoko blokeoan, gailu osagarriak behar dira, hala nola iragazki optiko gisa erabiltzen diren azpibarrubiak.