Λέιζερ ινών Υτερβίου: συσκευή, αρχή λειτουργίας, ισχύς, παραγωγή, εφαρμογή

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Τα λέιζερ ινών είναι συμπαγή και ανθεκτικά, δείχνουν με ακρίβεια και διαχέουν τη θερμική ενέργεια εύκολα. Έρχονται σε διάφορες μορφές και, ενώ έχουν πολλά κοινά με άλλους τύπους οπτικών κβαντικών γεννητριών, έχουν τα δικά τους μοναδικά πλεονεκτήματα.

Λέιζερ ινών: πώς λειτουργούν

Οι συσκευές αυτού του τύπου είναι μια παραλλαγή μιας τυπικής πηγής στερεάς κατάστασης συνεκτικής ακτινοβολίας με ένα μέσο εργασίας κατασκευασμένο από ίνα και όχι από ράβδο, πλάκα ή δίσκο. Το φως παράγεται από ένα προσμίκτη στο κέντρο της ίνας. Η βασική δομή μπορεί να κυμαίνεται από απλή έως αρκετά περίπλοκη. Ο σχεδιασμός του λέιζερ ινών υττερβίου είναι τέτοιος ώστε η ίνα έχει μεγάλη αναλογία επιφάνειας προς όγκο, έτσι η θερμότητα μπορεί να διαχέεται σχετικά εύκολα.

Τα λέιζερ ινών αντλούνται οπτικά, τις περισσότερες φορές από κβαντικές γεννήτριες διόδου, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις από τις ίδιες πηγές. Τα οπτικά που χρησιμοποιούνται σε αυτά τα συστήματα είναι συνήθως εξαρτήματα από ίνες, με τα περισσότερα ή όλα να συνδέονται μεταξύ τους. Σε ορισμένες περιπτώσειςχρησιμοποιούνται ογκομετρικά οπτικά και μερικές φορές ένα εσωτερικό σύστημα οπτικών ινών συνδυάζεται με εξωτερική ογκομετρική οπτική.

Η πηγή άντλησης διόδων μπορεί να είναι μια δίοδος, μια μήτρα ή μια πλειάδα μεμονωμένων διόδων, καθεμία από τις οποίες συνδέεται με έναν σύνδεσμο μέσω ενός οδηγού φωτός οπτικών ινών. Η ντοπαρισμένη ίνα έχει έναν καθρέφτη αντηχείου κοιλότητας σε κάθε άκρο - στην πράξη, οι σχάρες Bragg κατασκευάζονται στην ίνα. Δεν υπάρχουν μαζικά οπτικά στα άκρα, εκτός εάν η δέσμη εξόδου εισέρχεται σε κάτι άλλο εκτός από ίνα. Ο οδηγός φωτός μπορεί να συστραφεί, έτσι ώστε, αν θέλετε, η κοιλότητα του λέιζερ να έχει μήκος αρκετά μέτρα.

Δομή διπλού πυρήνα

Η δομή της ίνας που χρησιμοποιείται στα λέιζερ ινών είναι σημαντική. Η πιο κοινή γεωμετρία είναι η δομή διπλού πυρήνα. Ο ακατέργαστος εξωτερικός πυρήνας (μερικές φορές ονομάζεται εσωτερική επένδυση) συλλέγει το αντλούμενο φως και το κατευθύνει κατά μήκος της ίνας. Η διεγερμένη εκπομπή που δημιουργείται στην ίνα διέρχεται από τον εσωτερικό πυρήνα, ο οποίος είναι συχνά μονής λειτουργίας. Ο εσωτερικός πυρήνας περιέχει ένα προσμίκτη υττερβίου που διεγείρεται από τη φωτεινή δέσμη της αντλίας. Υπάρχουν πολλά μη κυκλικά σχήματα του εξωτερικού πυρήνα, συμπεριλαμβανομένου του εξαγωνικού, του σχήματος D και του ορθογώνιου, που μειώνουν την πιθανότητα να λείπει η δέσμη φωτός από τον κεντρικό πυρήνα.

Το λέιζερ ινών μπορεί να αντληθεί με άκρο ή πλάγια άντληση. Στην πρώτη περίπτωση, φως από μία ή περισσότερες πηγές εισέρχεται στο άκρο της ίνας. Στην πλευρική άντληση, το φως τροφοδοτείται σε έναν διαχωριστή, ο οποίος το τροφοδοτεί στον εξωτερικό πυρήνα. τοδιαφέρει από το λέιζερ ράβδου, όπου το φως εισέρχεται κάθετα στον άξονα.

Αυτή η λύση απαιτεί μεγάλη ανάπτυξη σχεδιασμού. Ιδιαίτερη προσοχή δίνεται στην ώθηση του φωτός της αντλίας στον πυρήνα για την παραγωγή μιας πληθυσμιακής αναστροφής που οδηγεί σε διεγερμένη εκπομπή στον εσωτερικό πυρήνα. Ο πυρήνας του λέιζερ μπορεί να έχει διαφορετικό βαθμό ενίσχυσης ανάλογα με το ντόπινγκ της ίνας, καθώς και με το μήκος της. Αυτοί οι παράγοντες προσαρμόζονται από τον μηχανικό σχεδιασμού για να ληφθούν οι απαιτούμενες παραμέτρους.

Ενδέχεται να προκύψουν περιορισμοί ισχύος, ιδιαίτερα όταν λειτουργεί σε ίνα απλής λειτουργίας. Ένας τέτοιος πυρήνας έχει πολύ μικρή επιφάνεια διατομής, και ως αποτέλεσμα, φως πολύ υψηλής έντασης περνά μέσα από αυτόν. Ταυτόχρονα, η μη γραμμική σκέδαση Brillouin γίνεται όλο και πιο αισθητή, γεγονός που περιορίζει την ισχύ εξόδου σε αρκετές χιλιάδες Watt. Εάν το σήμα εξόδου είναι αρκετά υψηλό, το άκρο της ίνας μπορεί να καταστραφεί.

Χαρακτηριστικά των λέιζερ ινών

Η χρήση ινών ως μέσου εργασίας παρέχει μεγάλο μήκος αλληλεπίδρασης που λειτουργεί καλά με την άντληση διόδων. Αυτή η γεωμετρία έχει ως αποτέλεσμα υψηλή απόδοση μετατροπής φωτονίων, καθώς και στιβαρό και συμπαγή σχεδιασμό χωρίς διακριτά οπτικά στοιχεία για προσαρμογή ή ευθυγράμμιση.

Το λέιζερ ινών, του οποίου η συσκευή του επιτρέπει να προσαρμόζεται καλά, μπορεί να προσαρμοστεί τόσο για τη συγκόλληση παχιών φύλλων μετάλλου όσο και για την παραγωγή παλμών femtosecond. Οι ενισχυτές οπτικών ινών παρέχουν ενίσχυση μονής διέλευσης και χρησιμοποιούνται στις τηλεπικοινωνίες επειδή είναι σε θέση να ενισχύουν πολλά μήκη κύματος ταυτόχρονα. Το ίδιο κέρδος χρησιμοποιείται σε ενισχυτές ισχύος με κύριο ταλαντωτή. Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο ενισχυτής μπορεί να λειτουργήσει με λέιζερ CW.

Ένα άλλο παράδειγμα είναι οι πηγές αυθόρμητης εκπομπής ενισχυμένες με ίνες στις οποίες η διεγερμένη εκπομπή καταστέλλεται. Ένα άλλο παράδειγμα είναι ένα λέιζερ ινών Raman με συνδυασμένη ενίσχυση σκέδασης, που μετατοπίζει σημαντικά το μήκος κύματος. Βρήκε εφαρμογή στην επιστημονική έρευνα, όπου οι ίνες γυαλιού φθορίου χρησιμοποιούνται για την παραγωγή και την ενίσχυση Raman, αντί για τις τυπικές ίνες χαλαζία.

Ωστόσο, κατά κανόνα, οι ίνες είναι κατασκευασμένες από γυαλί χαλαζία με πρόσμιξη σπάνιων γαιών στον πυρήνα. Τα κύρια πρόσθετα είναι το υττέρβιο και το έρβιο. Το υττέρβιο έχει μήκη κύματος από 1030 έως 1080 nm και μπορεί να ακτινοβολεί σε μεγαλύτερο εύρος. Η χρήση διόδου άντλησης 940 nm μειώνει σημαντικά το έλλειμμα φωτονίων. Το υττέρβιο δεν έχει κανένα από τα αποτελέσματα αυτοσβέσεως που έχει το νεοδύμιο σε υψηλές πυκνότητες, επομένως το νεοδύμιο χρησιμοποιείται σε λέιζερ χύδην και το υττέρβιο σε λέιζερ ινών (παρέχουν και τα δύο περίπου το ίδιο μήκος κύματος).

Το έρβιο εκπέμπει στην περιοχή των 1530-1620 nm, το οποίο είναι ασφαλές για τα μάτια. Η συχνότητα μπορεί να διπλασιαστεί για να δημιουργηθεί φως στα 780 nm, το οποίο δεν είναι διαθέσιμο για άλλους τύπους λέιζερ ινών. Τέλος, το υττέρβιο μπορεί να προστεθεί στο έρβιο με τέτοιο τρόπο ώστε το στοιχείο να απορροφήσειαντλεί ακτινοβολία και μεταφέρει αυτή την ενέργεια στο έρβιο. Το θούλιο είναι μια άλλη ουσία προσμίξεων κοντά στο υπέρυθρο, που είναι επομένως ένα ασφαλές για τα μάτια υλικό.

Υψηλή απόδοση

Το λέιζερ ινών είναι ένα σχεδόν σύστημα τριών επιπέδων. Το φωτόνιο της αντλίας διεγείρει τη μετάβαση από τη θεμελιώδη κατάσταση στο ανώτερο επίπεδο. Μια μετάβαση λέιζερ είναι μια μετάβαση από το χαμηλότερο τμήμα του ανώτερου επιπέδου σε μια από τις διαιρεμένες βασικές καταστάσεις. Αυτό είναι πολύ αποτελεσματικό: για παράδειγμα, το υττέρβιο με φωτόνιο αντλίας 940 nm εκπέμπει ένα φωτόνιο με μήκος κύματος 1030 nm και κβαντικό ελάττωμα (απώλεια ενέργειας) μόνο περίπου 9%.

Αντίθετα, το νεοδύμιο που αντλείται στα 808nm χάνει περίπου το 24% της ενέργειάς του. Έτσι, το υττέρβιο έχει εγγενώς υψηλότερη απόδοση, αν και δεν είναι εφικτή όλη λόγω της απώλειας ορισμένων φωτονίων. Το Yb μπορεί να αντληθεί σε διάφορες ζώνες συχνοτήτων, ενώ το έρβιο μπορεί να αντληθεί στα 1480 ή 980 nm. Η υψηλότερη συχνότητα δεν είναι τόσο αποτελεσματική όσον αφορά το ελάττωμα φωτονίου, αλλά χρήσιμη ακόμη και σε αυτήν την περίπτωση, επειδή υπάρχουν καλύτερες πηγές στα 980 nm.

Γενικά, η αποτελεσματικότητα ενός laser ινών είναι το αποτέλεσμα μιας διαδικασίας δύο σταδίων. Πρώτον, αυτή είναι η απόδοση της διόδου της αντλίας. Οι πηγές ημιαγωγών συνεκτικής ακτινοβολίας είναι πολύ αποδοτικές, με 50% απόδοση στη μετατροπή ενός ηλεκτρικού σήματος σε οπτικό. Τα αποτελέσματα εργαστηριακών μελετών υποδεικνύουν ότι είναι δυνατό να επιτευχθεί μια τιμή 70% ή μεγαλύτερη. Με ακριβή αντιστοίχιση της γραμμής ακτινοβολίας εξόδουαπορρόφηση λέιζερ ινών και υψηλή απόδοση αντλίας.

Δεύτερη είναι η απόδοση οπτικής-οπτικής μετατροπής. Με ένα μικρό ελάττωμα φωτονίου, μπορεί να επιτευχθεί υψηλός βαθμός απόδοσης διέγερσης και εξαγωγής με απόδοση οπτικής μετατροπής 60–70%. Η απόδοση που προκύπτει κυμαίνεται από 25–35%.

Διάφορες διαμορφώσεις

Οι κβαντικές γεννήτριες οπτικών ινών συνεχούς ακτινοβολίας μπορούν να είναι μονής ή πολλαπλής λειτουργίας (για εγκάρσιους τρόπους λειτουργίας). Τα λέιζερ μονής λειτουργίας παράγουν δέσμη υψηλής ποιότητας για υλικά που λειτουργούν ή ακτινοβολούν στην ατμόσφαιρα, ενώ τα λέιζερ πολλαπλών λειτουργιών βιομηχανικών ινών μπορούν να παράγουν υψηλή ισχύ. Χρησιμοποιείται για κοπή και συγκόλληση, και ειδικότερα για θερμική επεξεργασία όπου φωτίζεται μεγάλη περιοχή.

Το λέιζερ ινών μακρού παλμού είναι ουσιαστικά μια σχεδόν συνεχής συσκευή, που συνήθως παράγει παλμούς τύπου χιλιοστού του δευτερολέπτου. Συνήθως, ο κύκλος λειτουργίας του είναι 10%. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα υψηλότερη ισχύ αιχμής σε σχέση με τη συνεχή λειτουργία (συνήθως δέκα φορές μεγαλύτερη) που χρησιμοποιείται για παλμική διάτρηση, για παράδειγμα. Η συχνότητα μπορεί να φτάσει τα 500 Hz, ανάλογα με τη διάρκεια.

Η μεταγωγή Q στα λέιζερ οπτικών ινών λειτουργεί με τον ίδιο τρόπο όπως στα λέιζερ χύμα. Η τυπική διάρκεια παλμού κυμαίνεται από νανοδευτερόλεπτα έως μικροδευτερόλεπτα. Όσο μεγαλύτερη είναι η ίνα, τόσο περισσότερος χρόνος χρειάζεται για την Q-switch της εξόδου, με αποτέλεσμα μεγαλύτερο παλμό.

Οι ιδιότητες των ινών επιβάλλουν ορισμένους περιορισμούς στην εναλλαγή Q. Η μη γραμμικότητα ενός λέιζερ ινών είναι πιο σημαντική λόγω της μικρής περιοχής διατομής του πυρήνα, επομένως η μέγιστη ισχύς πρέπει να είναι κάπως περιορισμένη. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε ογκομετρικοί διακόπτες Q, που προσφέρουν καλύτερη απόδοση, είτε διαμορφωτές ινών, που συνδέονται στα άκρα του ενεργού τμήματος.

Οι παλμοί με μεταγωγή Q μπορούν να ενισχυθούν στην ίνα ή σε έναν συντονιστή κοιλότητας. Ένα παράδειγμα του τελευταίου μπορεί να βρεθεί στην Εθνική Μονάδα Προσομοίωσης Πυρηνικών Δοκιμών (NIF, Livermore, CA), όπου ένα λέιζερ ινών υττερβίου είναι ο κύριος ταλαντωτής για 192 δέσμες. Οι μικροί παλμοί σε μεγάλες ντοπαρισμένες γυάλινες πλάκες ενισχύονται σε megajoule.

Στα λέιζερ κλειδωμένης ίνας, ο ρυθμός επανάληψης εξαρτάται από το μήκος του υλικού απολαβής, όπως σε άλλα σχήματα κλειδώματος τρόπου λειτουργίας, και η διάρκεια του παλμού εξαρτάται από το εύρος ζώνης απολαβής. Τα μικρότερα είναι στο εύρος 50 fs και τα πιο τυπικά είναι στο εύρος 100 fs.

Υπάρχει μια σημαντική διαφορά μεταξύ των ινών ερβίου και υττερβίου, ως αποτέλεσμα της οποίας λειτουργούν σε διαφορετικούς τρόπους διασποράς. Οι ίνες εμποτισμένες με έρβιο εκπέμπουν στα 1550 nm στην ανώμαλη περιοχή διασποράς. Αυτό επιτρέπει την παραγωγή σολιτονίων. Οι ίνες υττερβίου βρίσκονται στην περιοχή θετικής ή κανονικής διασποράς. ως αποτέλεσμα, παράγουν παλμούς με έντονη γραμμική συχνότητα διαμόρφωσης. Ως αποτέλεσμα, μπορεί να χρειαστεί ένα πλέγμα Bragg για τη συμπίεση του μήκους παλμού.

Υπάρχουν διάφοροι τρόποι τροποποίησης των παλμών λέιζερ ινών, ιδιαίτερα για εξαιρετικά γρήγορες μελέτες picosecond. Οι φωτονικές κρυσταλλικές ίνες μπορούν να κατασκευαστούν με πολύ μικρούς πυρήνες για να παράγουν ισχυρά μη γραμμικά φαινόμενα, όπως η δημιουργία υπερσυνέχειας. Αντίθετα, οι φωτονικοί κρύσταλλοι μπορούν επίσης να κατασκευαστούν με πολύ μεγάλους πυρήνες μονής λειτουργίας για την αποφυγή μη γραμμικών επιδράσεων σε υψηλές ισχύς.

Εύκαμπτες φωτονικές κρυσταλλικές ίνες μεγάλου πυρήνα είναι σχεδιασμένες για εφαρμογές υψηλής ισχύος. Μια τεχνική είναι η σκόπιμη κάμψη μιας τέτοιας ίνας για την εξάλειψη τυχόν ανεπιθύμητων λειτουργιών υψηλότερης τάξης διατηρώντας μόνο τη βασική εγκάρσια λειτουργία. Η μη γραμμικότητα δημιουργεί αρμονικές. Με την αφαίρεση και την προσθήκη συχνοτήτων, μπορούν να δημιουργηθούν μικρότερα και μεγαλύτερα κύματα. Τα μη γραμμικά εφέ μπορούν επίσης να συμπιέσουν παλμούς, με αποτέλεσμα χτένες συχνότητας.

Ως πηγή υπερσυνέχειας, οι πολύ σύντομοι παλμοί παράγουν ένα ευρύ συνεχές φάσμα χρησιμοποιώντας διαμόρφωση αυτο-φάσης. Για παράδειγμα, από τους αρχικούς παλμούς 6 ps στα 1050 nm που δημιουργεί ένα λέιζερ ινών υττερβίου, λαμβάνεται ένα φάσμα στην περιοχή από υπεριώδες έως περισσότερα από 1600 nm. Μια άλλη υπερσυνεχής πηγή υπερύθρων αντλείται με μια πηγή ερβίου στα 1550 nm.

Υψηλή ισχύ

Η βιομηχανία είναι σήμερα ο μεγαλύτερος καταναλωτής λέιζερ ινών. Η ισχύς είναι σε μεγάλη ζήτηση αυτή τη στιγμή.περίπου ένα κιλοβάτ, που χρησιμοποιείται στην αυτοκινητοβιομηχανία. Η αυτοκινητοβιομηχανία κινείται προς οχήματα από χάλυβα υψηλής αντοχής για να ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις ανθεκτικότητας και να είναι σχετικά ελαφριά για καλύτερη οικονομία καυσίμου. Είναι πολύ δύσκολο για τις συνηθισμένες εργαλειομηχανές, για παράδειγμα, να ανοίξουν τρύπες σε αυτό το είδος χάλυβα, αλλά οι συνεκτικές πηγές ακτινοβολίας το καθιστούν εύκολο.

Η κοπή μετάλλων με λέιζερ ινών, σε σύγκριση με άλλους τύπους κβαντικών γεννητριών, έχει πολλά πλεονεκτήματα. Για παράδειγμα, τα μήκη κύματος κοντά στο υπέρυθρο απορροφώνται καλά από τα μέταλλα. Η δοκός μπορεί να παραδοθεί πάνω από την ίνα, επιτρέποντας στο ρομπότ να μετακινεί εύκολα την εστίαση κατά την κοπή και το τρύπημα.

Η ίνα πληροί τις υψηλότερες απαιτήσεις ισχύος. Ένα όπλο του Πολεμικού Ναυτικού των ΗΠΑ που δοκιμάστηκε το 2014 αποτελείται από λέιζερ 6 ινών 5,5 kW που συνδυάζονται σε μία δέσμη και εκπέμπουν μέσω ενός σχηματιζόμενου οπτικού συστήματος. Η μονάδα των 33 kW χρησιμοποιήθηκε για την καταστροφή ενός μη επανδρωμένου εναέριου οχήματος. Αν και η δέσμη δεν είναι απλής λειτουργίας, το σύστημα είναι ενδιαφέρον επειδή σας επιτρέπει να δημιουργήσετε ένα λέιζερ ινών με τα χέρια σας από τυπικά, άμεσα διαθέσιμα εξαρτήματα.

Η υψηλότερης ισχύος πηγή συνεκτικού φωτός μονής λειτουργίας από την IPG Photonics είναι 10 kW. Ο κύριος ταλαντωτής παράγει ένα κιλοβάτ οπτικής ισχύος, η οποία τροφοδοτείται στη βαθμίδα του ενισχυτή που αντλείται στα 1018 nm με φως από άλλα λέιζερ ινών. Όλο το σύστημα έχει το μέγεθος δύο ψυγείων.

Η χρήση λέιζερ ινών έχει επίσης εξαπλωθεί στην κοπή και τη συγκόλληση υψηλής ισχύος. Για παράδειγμα, αντικατέστησανσυγκόλληση με αντίσταση λαμαρίνας χάλυβα, επιλύοντας το πρόβλημα της παραμόρφωσης του υλικού. Ο έλεγχος ισχύος και άλλων παραμέτρων επιτρέπει την πολύ ακριβή κοπή των καμπυλών, ειδικά των γωνιών.

Το πιο ισχυρό λέιζερ ινών πολλαπλών λειτουργιών - μια μηχανή κοπής μετάλλων από τον ίδιο κατασκευαστή - φτάνει τα 100 kW. Το σύστημα βασίζεται σε συνδυασμό μιας ασυνάρτητης δέσμης, επομένως δεν είναι μια δέσμη εξαιρετικά υψηλής ποιότητας. Αυτή η ανθεκτικότητα κάνει τα λέιζερ ινών ελκυστικά στη βιομηχανία.

διάτρηση σκυροδέματος

Το 4KW λέιζερ πολλαπλών ινών μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κοπή και διάτρηση σκυροδέματος. Γιατί χρειάζεται αυτό; Όταν οι μηχανικοί προσπαθούν να επιτύχουν αντισεισμική αντίσταση σε υπάρχοντα κτίρια, πρέπει κανείς να είναι πολύ προσεκτικός με το σκυρόδεμα. Εάν, για παράδειγμα, τοποθετηθεί χαλύβδινος οπλισμός, η συμβατική διάτρηση με σφύρα μπορεί να σπάσει και να αποδυναμώσει το σκυρόδεμα, αλλά τα λέιζερ ινών το κόβουν χωρίς να το συνθλίψουν.

Οι κβαντικές γεννήτριες με ίνα με μεταγωγή Q χρησιμοποιούνται, για παράδειγμα, για τη σήμανση ή για την παραγωγή ηλεκτρονικών ημιαγωγών. Χρησιμοποιούνται επίσης σε μετρητές απόστασης: οι μονάδες μεγέθους χειρός περιέχουν λέιζερ οπτικών ινών με ισχύ 4 kW, συχνότητα 50 kHz και πλάτος παλμού 5-15 ns.

Επεξεργασία επιφάνειας

Υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον για λέιζερ μικρών ινών για μικρο- και νανοκατεργασία. Κατά την αφαίρεση του επιφανειακού στρώματος, εάν η διάρκεια παλμού είναι μικρότερη από 35 ps, δεν υπάρχει πιτσίλισμα του υλικού. Αυτό αποτρέπει το σχηματισμό καταθλίψεων καιάλλα ανεπιθύμητα αντικείμενα. Οι παλμοί femtosecond παράγουν μη γραμμικά φαινόμενα που δεν είναι ευαίσθητα στο μήκος κύματος και δεν θερμαίνουν τον περιβάλλοντα χώρο, επιτρέποντας τη λειτουργία χωρίς σημαντική βλάβη ή εξασθένηση των γύρω περιοχών. Επιπλέον, οι τρύπες μπορούν να κοπούν σε υψηλές αναλογίες βάθους προς πλάτος, όπως η γρήγορη (εντός χιλιοστών του δευτερολέπτου) δημιουργία μικρών οπών σε ανοξείδωτο χάλυβα 1 mm χρησιμοποιώντας παλμούς 800 fs στο 1 MHz.

Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για επιφανειακή επεξεργασία διαφανών υλικών όπως τα ανθρώπινα μάτια. Για την κοπή ενός κρημνού στην οφθαλμική μικροχειρουργική, οι παλμοί femtosecond εστιάζονται σφιχτά από έναν αντικειμενικό φακό υψηλού ανοίγματος σε ένα σημείο κάτω από την οφθαλμική επιφάνεια, χωρίς να προκαλείται καμία βλάβη στην επιφάνεια, αλλά να καταστρέφεται το οφθαλμικό υλικό σε ελεγχόμενο βάθος. Η λεία επιφάνεια του κερατοειδούς, η οποία είναι απαραίτητη για την όραση, παραμένει ανέπαφη. Το πτερύγιο, διαχωρισμένο από κάτω, μπορεί στη συνέχεια να τραβηχτεί προς τα πάνω για να σχηματιστεί επιφανειακός φακός λέιζερ excimer. Άλλες ιατρικές εφαρμογές περιλαμβάνουν χειρουργική ρηχής διείσδυσης στη δερματολογία και χρήση σε ορισμένους τύπους οπτικής τομογραφίας συνοχής.

Λέιζερ Femtosecond

Οι κβαντικές γεννήτριες Femtosecond χρησιμοποιούνται στην επιστήμη για φασματοσκοπία διέγερσης με διάσπαση λέιζερ, φασματοσκοπία φθορισμού με χρονική ανάλυση, καθώς και για γενική έρευνα υλικών. Επιπλέον, χρειάζονται για την παραγωγή συχνότητας femtosecondχτένες που χρειάζονται στη μετρολογία και τη γενική έρευνα. Μία από τις πραγματικές εφαρμογές βραχυπρόθεσμα θα είναι τα ατομικά ρολόγια για δορυφόρους GPS επόμενης γενιάς, τα οποία θα βελτιώσουν την ακρίβεια εντοπισμού θέσης.

Το λέιζερ ινών μονής συχνότητας παράγεται με φασματικό εύρος γραμμής μικρότερο από 1 kHz. Είναι μια εντυπωσιακά μικρή συσκευή με ισχύ εξόδου που κυμαίνεται από 10mW έως 1W. Βρίσκει εφαρμογή στον τομέα των επικοινωνιών, της μετρολογίας (για παράδειγμα, στα γυροσκόπια από ίνες) και της φασματοσκοπίας.

Τι ακολουθεί;

Όσο για άλλες εφαρμογές Ε&Α, διερευνώνται πολλές άλλες. Για παράδειγμα, μια στρατιωτική ανάπτυξη που μπορεί να εφαρμοστεί σε άλλες περιοχές, η οποία συνίσταται στο συνδυασμό ακτίνων λέιζερ ινών για να ληφθεί μια δέσμη υψηλής ποιότητας χρησιμοποιώντας συνεκτικό ή φασματικό συνδυασμό. Ως αποτέλεσμα, επιτυγχάνεται περισσότερη ισχύς στη δέσμη μονής λειτουργίας.

Η παραγωγή λέιζερ οπτικών ινών αυξάνεται με ταχείς ρυθμούς, ειδικά για τις ανάγκες της αυτοκινητοβιομηχανίας. Οι συσκευές χωρίς ίνες αντικαθίστανται επίσης με ίνες. Εκτός από τις γενικές βελτιώσεις στο κόστος και την απόδοση, οι κβαντικές γεννήτριες femtosecond και οι πηγές υπερσυνέχειας γίνονται όλο και πιο πρακτικές. Τα λέιζερ ινών γίνονται όλο και πιο εξειδικευμένα και γίνονται πηγή βελτίωσης για άλλους τύπους λέιζερ.