Prinsip dasar laser serat mode tunggal

Prinsip dasarlaser serat mode tunggal

Pembuatan laser memerlukan tiga kondisi dasar: inversi populasi, rongga resonansi yang sesuai, dan mencapailaserambang batas (perolehan cahaya dalam rongga resonansi harus lebih besar daripada kehilangannya). Mekanisme kerja laser serat mode tunggal didasarkan pada prinsip-prinsip fisika fundamental ini dan mencapai optimalisasi kinerja melalui struktur khusus pemandu gelombang serat.

Radiasi terstimulasi dan inversi populasi merupakan dasar fisik untuk pembangkitan laser. Ketika energi cahaya yang dipancarkan oleh sumber pompa (biasanya dioda laser semikonduktor) diinjeksikan ke dalam serat penguat yang didoping dengan ion tanah jarang (seperti Ytterbium Yb³⁺, erbium Er³⁺), ion tanah jarang tersebut menyerap energi dan bertransisi dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi. Ketika jumlah ion dalam keadaan tereksitasi melebihi jumlah ion dalam keadaan dasar, keadaan inversi populasi terbentuk. Pada titik ini, foton datang akan memicu radiasi terstimulasi dari ion keadaan tereksitasi, menghasilkan foton baru dengan frekuensi, fase, dan arah yang sama dengan foton datang, sehingga mencapai amplifikasi optik.

Fitur inti dari mode tunggallaser seratKeunggulan serat optik terletak pada diameter inti yang sangat tipis (biasanya 8-14 μm). Menurut teori optik gelombang, inti yang sangat tipis tersebut hanya dapat mentransmisikan satu mode medan elektromagnetik (yaitu, mode fundamental LP₀₁ atau HE₁₁) secara stabil, yaitu mode tunggal. Hal ini menghilangkan masalah dispersi intermodal yang terdapat pada serat multimode, yaitu fenomena pelebaran pulsa yang disebabkan oleh perambatan mode yang berbeda pada kecepatan yang berbeda. Dari perspektif karakteristik transmisi, perbedaan lintasan cahaya yang merambat sepanjang arah aksial pada serat optik mode tunggal sangat kecil, sehingga berkas keluaran memiliki koherensi spasial dan distribusi energi Gaussian yang sempurna, dan faktor kualitas berkas M² dapat mendekati 1 (M²=1 untuk berkas Gaussian ideal).

Laser serat adalah representasi luar biasa dari teknologi generasi ketigateknologi laser, yang menggunakan serat kaca yang didoping unsur tanah jarang sebagai media penguatan. Selama dekade terakhir, laser serat mode tunggal telah menempati pangsa pasar laser global yang semakin penting berkat keunggulan kinerjanya yang unik. Dibandingkan dengan laser serat multimode atau laser solid-state tradisional, laser serat mode tunggal dapat menghasilkan berkas Gaussian ideal dengan kualitas berkas mendekati 1, yang berarti berkas tersebut hampir mencapai sudut divergensi minimum teoretis dan titik fokus minimum. Fitur ini menjadikannya tak tergantikan dalam bidang pemrosesan dan pengukuran yang membutuhkan presisi tinggi dan dampak termal rendah.