Gần như tất cả các laser sợi và bộ khuếch đại dựa trên sợi thủy tinh được bổ sung các ion đất hiếm hoạt động bằng laser, đặc biệt là trong khu vực lõi sợi.Các ion này hấp thụ ánh sáng bơm thường ở bước sóng ngắn hơn so với bước sóng của laser hoặc bộ khuếch đại (ngoại trừ trong laser chuyển đổi lên) kích thích chúng đến mức năng lượng siêu ổn địnhĐiều này cho phép khuếch đại quang học thông qua phát xạ kích thích." phục vụ như một phương tiện tăng hiệu quả cao do sự ràng buộc quang mạnh mẽ trong cấu trúc dẫn sóng sợi.
Các sợi đất hiếm được doped kết hợp các ion như ytterbium (Yb), erbium (Er) và thulium (Tm) vào lõi sợi, mang lại cho chúng tính năng hoạt động laser độc đáo.những sợi cung cấp:
| Ion | Kính vật chủ chung | Phạm vi bước sóng phát xạ |
|---|---|---|
| Ytterbium (Yb3+) | Kính silicate | 1.0 ∙ 1.1 μm |
| Erbium (Er3+) | Kính silicate/phốtfat/fluoride | 1.5 ∼1,6 μm, 2,7 μm |
| Thulium (Tm3+) | Kính silicate/Germanate/Fluoride | 1.7 ¢ 2,1 μm |
| Neodymium (Nd3+) | Kính silicate/phosphat | 00,9 ‰ 1,35 μm |
Về mặt công nghệ, các triển khai quan trọng nhất bao gồm bộ khuếch đại sợi doped erbium (EDFA) cho viễn thông và sợi doped ytterbium cho laser công nghiệp công suất cao.
Thành phần hóa học của kính chủ ảnh hưởng đến hiệu suất sợi thông qua:
Các loại kính chủ phổ biến bao gồm silicat (sức mạnh cơ khí), phốtfat (năng lượng phônon thấp) và fluoride (mở trong IR), mỗi loại có sự đánh đổi khác nhau.
Các kỹ sư thường sử dụng các kỹ thuật doping để tăng hiệu suất sợi:
Đáng chú ý, sợi đồng doped Er: Yb cho phép chiều dài thiết bị ngắn hơn bằng cách kết hợp hấp thụ bơm 980 nm (thông qua Yb) với phát xạ 1,5 μm (từ Er), lý tưởng cho laser tần số đơn nhỏ gọn.
Sợi quang hoạt động đòi hỏi đặc tính đặc biệt ngoài sợi quang tiêu chuẩn:
Các kỹ thuật đo bao gồm quang phổ hấp thụ ánh sáng trắng, phân tích huỳnh quang thông qua lý thuyết McCumber và đo phân rã huỳnh quang bơm xung.
Tối ưu hóa thiết bị đòi hỏi phải giải quyết một số vấn đề phức tạp:
Do đó, các công cụ mô hình hóa phức tạp kết hợp dữ liệu sợi toàn diện là rất cần thiết để phát triển thiết kế laser và khuếch đại hiệu quả.
Tiến bộ liên tục trong sợi đất hiếm sẽ thúc đẩy tiến bộ hướng tới đầu ra năng lượng cao hơn, phạm vi phổ rộng hơn và các thiết bị nhỏ gọn hơn trên viễn thông, chế biến công nghiệp,ứng dụng y tế, và nghiên cứu khoa học.
Gần như tất cả các laser sợi và bộ khuếch đại dựa trên sợi thủy tinh được bổ sung các ion đất hiếm hoạt động bằng laser, đặc biệt là trong khu vực lõi sợi.Các ion này hấp thụ ánh sáng bơm thường ở bước sóng ngắn hơn so với bước sóng của laser hoặc bộ khuếch đại (ngoại trừ trong laser chuyển đổi lên) kích thích chúng đến mức năng lượng siêu ổn địnhĐiều này cho phép khuếch đại quang học thông qua phát xạ kích thích." phục vụ như một phương tiện tăng hiệu quả cao do sự ràng buộc quang mạnh mẽ trong cấu trúc dẫn sóng sợi.
Các sợi đất hiếm được doped kết hợp các ion như ytterbium (Yb), erbium (Er) và thulium (Tm) vào lõi sợi, mang lại cho chúng tính năng hoạt động laser độc đáo.những sợi cung cấp:
| Ion | Kính vật chủ chung | Phạm vi bước sóng phát xạ |
|---|---|---|
| Ytterbium (Yb3+) | Kính silicate | 1.0 ∙ 1.1 μm |
| Erbium (Er3+) | Kính silicate/phốtfat/fluoride | 1.5 ∼1,6 μm, 2,7 μm |
| Thulium (Tm3+) | Kính silicate/Germanate/Fluoride | 1.7 ¢ 2,1 μm |
| Neodymium (Nd3+) | Kính silicate/phosphat | 00,9 ‰ 1,35 μm |
Về mặt công nghệ, các triển khai quan trọng nhất bao gồm bộ khuếch đại sợi doped erbium (EDFA) cho viễn thông và sợi doped ytterbium cho laser công nghiệp công suất cao.
Thành phần hóa học của kính chủ ảnh hưởng đến hiệu suất sợi thông qua:
Các loại kính chủ phổ biến bao gồm silicat (sức mạnh cơ khí), phốtfat (năng lượng phônon thấp) và fluoride (mở trong IR), mỗi loại có sự đánh đổi khác nhau.
Các kỹ sư thường sử dụng các kỹ thuật doping để tăng hiệu suất sợi:
Đáng chú ý, sợi đồng doped Er: Yb cho phép chiều dài thiết bị ngắn hơn bằng cách kết hợp hấp thụ bơm 980 nm (thông qua Yb) với phát xạ 1,5 μm (từ Er), lý tưởng cho laser tần số đơn nhỏ gọn.
Sợi quang hoạt động đòi hỏi đặc tính đặc biệt ngoài sợi quang tiêu chuẩn:
Các kỹ thuật đo bao gồm quang phổ hấp thụ ánh sáng trắng, phân tích huỳnh quang thông qua lý thuyết McCumber và đo phân rã huỳnh quang bơm xung.
Tối ưu hóa thiết bị đòi hỏi phải giải quyết một số vấn đề phức tạp:
Do đó, các công cụ mô hình hóa phức tạp kết hợp dữ liệu sợi toàn diện là rất cần thiết để phát triển thiết kế laser và khuếch đại hiệu quả.
Tiến bộ liên tục trong sợi đất hiếm sẽ thúc đẩy tiến bộ hướng tới đầu ra năng lượng cao hơn, phạm vi phổ rộng hơn và các thiết bị nhỏ gọn hơn trên viễn thông, chế biến công nghiệp,ứng dụng y tế, và nghiên cứu khoa học.
