Optiki (fiber) laseriOptiki laseri su laseri koji za medij pojaanja koriste dopirano optiko vlakno, ili (ponekad) laseri koji vei dio optikog rezonatora imaju napravljenu od optikog vlakna. Rad optikih vlakana temelji se na principu totalne refleksije. Na sl. 1 vidi se da ce se svjetlost totalno reflektirati ako je kut upada vei od graninog.

Sl. 1 Tatalna refleksija

Sl. 2 Optiko vlakno

U veini sluajeva, medij pojaanja je optiko vlakno dopirano s rijetkim zemljinim ionima kao to su su erbij (Er3+), iterbij(Yb3+), neodimij(Nd3+) i drugi. Laserska emisija se dogaa u optikom vlaknu. Silicijsko staklo nije prikladno za optiki laser, zato to je potrebno elektron to due zadrati u pobuenom stanju, a kod silicija to nije mogue. Zbog toga se prijelazi odvijaju u primjesnim ionima. Primjer prijelaza u optikom vlaknu dopiranom tulijem.

Slika3. Pobuda sa 1140-nm laserom dovodi do emisije svjetlosti plave boje Na slici 2. je prikazan je jednostavan optiki laser. Optiko pumpanje postie se pomou lasera na lijevoj strani i ulazi u vlakno. Na desnoj strani se pomou drugog zrcala dobiva laserski signal iz optikog vlakna.

Slika 4. Princip rada optikog lasera (linearni rezonator) Rezonatori u optikim laserima Kako bi se formirao rezonator u optikom laseru, potrebno je dodati zrcalo koje e uzrokovati refleksiju. Refleksija se postie:

1. Dielektrinim zrcalom koje se stavlja na kraj optikog vlakna, kao na slici 4. Ovaj pristup nije praktian za masovnu proizvodnju zbog toga to nisu trajni. 2. Braggova reetka zamjenjuje zrcala na nain da proputa odreene valne duljine, a druge blokira. Braggova reetka se nalazi direktno u dopiranom optikom vlaknu (sl 5).

Slika 5. Dopirano optiko vlakno s dvije Braggove reetke

Jedna mogua izvedba lasera je s optikim vlaknom koje ima jezgru te unutarnju i vanjsku ovojnicu Indeksa loma se mijenja kao na slici:

Sl. 6. Promjena indeksa loma u vlaknu c-jezgra i- untarnja ovojnica o- vanjska ovojnica. Primjer takvog lasera je na sl.

Sl. 7.

Fiber laseri mogu biti optiki pumpani direktno u jezgru ili u ovojnicu kao npr. na sl.7. 3. Fresnelovom refleksijom na stranjem kraju optikog vlakna. Ovaj princip je vidljiv na slici 8.

Slika 8. Fresnelova refleksija u optikom laseru (kruni laser)

4. Rezonator s leom i zrcalom bolje je upravljanje snagom lasera (ulazna zraka se pomou lee vraa natrag te se potom odbija od zrcala i kree prema izlazu).

Slika 9. Rezonator s leom i zrcalom Optiki laseri su esto pumpani diodnim laserima. Postoji vie vrsta optikih lasera, mogu raditi u pulsnom nainu rada koristei Q prekidanje (trajanje pulsa nanosekunda) ili sprezanje modova (trajanje pulsa femtosekunda). Snaga optikih lasera Prvi optiki laseri imali su izlaznu snagu nekoliko milivata, danas postoje laseri velikih izlaznih snaga. Neki laseri daju izlaznu snagu od sto W do kW. Taj potencijal proizlazi iz injenice da se u dananje vrijeme rade laseri koji nemaju problema s pregrijavanjem. Primjena optikih lasera je najea u telekomunikacijama, spektroskopiji i medicini.

Prednosti i nedostatci optikih lasera Prednosti ovih lasera u odnosu na druge su: svjetlost je u samom startu integrirana u optiko vlakno, velika izlazna snaga te veliko pojaanje, velika kvaliteta izlaznog signala, kompaktnost samog lasera te optike niti. Pouzdanost samog lasera. Optiki medij ima veliki spektar pojaanja, doputajui ugaanje valne duljine i generiranje jako kratkih pulseva. Kako optika vlakna odlino zatiuju svjetlost koja se propagira kroz vlakno,postoji mogunost da se cijeli laserski rezonator napravi od optikih komponenata kao to su Braggove reetke i optiki razdjeljnik. Zahvaljujui velikom pojaanju dopiranih optikih vlakana, optika vlakna imaju mogunost da rade s jako malom snagom laserske pumpe. Isto tako, mogue je zadrati veliku efikasnost izlazne snage.

Nedostatci: Kada svjetlost treba biti emitirana iz zraka u jezgru jednomodnog vlakna, poravnanje svjetlosne zrake je veoma kritino. Problem se eliminira uporabom optikih dioda (engl. fiber coupled pump diodes) Nelinearna izoblienja esto ograniavaju performanse ovih lasera, u pogledu snage u jednomodnom nainu rada ili kvalitete pulsa u laseru koji radi u mode-locking (sprezanje modova) nainu rada. Pri veim snagama, postoji mogunost od oteenja optikog vlakna. Optiki laseri imaju ogranieno pojaanje i apsorpciju svjetlosti po jedinici duine, pa je teko konstruirati jako kratke rezonatore. Napredak je postignut preko razvoja visoko dopiranih vlakana, uobiajeno napravljenih od stakla s primjesom fosfata.