لیزر فیبری دوپ شده با ایتربیوم (Ytterbium-Doped Fiber Laser)، در فیزیک (Physics)
انواع لیزرها (Laser) را در آموزش زیر شرح دادیم :
لیزر فیبری دوپ شده با ایتربیوم (Ytterbium-Doped Fiber Laser) :
Ytterbium-Doped Fiber Laser (YDFL) یکی از پرکاربردترین و موفق ترین لیزرهای فیبری است. در این لیزر، هسته فیبر نوری با یون های ایتربیوم (
\[ Yb^{3+} \]) دوپ می شود. ایتربیوم دارای ساختار ترازی ساده (دو سطحی با زیرترازهای استارک) است و نقص کوانتومی کمی دارد (حدود ۹٪). این ویژگی ها باعث بازده کوانتومی بالا (بیش از ۸۰٪) و تولید گرمای کم می شود. طول موج گسیل آن در محدوده ۹۷۵ تا ۱۲۰۰ نانومتر (معمولا ۱۰۳۰-۱۰۸۰ نانومتر) قابل تنظیم است، با پیک اصلی در حدود ۱۰۳۰ نانومتر برای توان بالا و ۹۷۵ نانومتر برای کاربردهای خاص.
پمپاژ YDFL معمولا با دیودهای لیزری در محدوده ۹۱۰-۹۸۰ نانومتر انجام می شود. به دلیل پهنای جذب نسبتا وسیع، نیاز به کنترل دقیق دمای دیود پمپ کاهش می یابد. ساختار فیبری امکان مدیریت حرارتی عالی را فراهم می کند و نسبت سطح به حجم بالا باعث دفع سریع گرما می شود. توان خروجی لیزرهای فیبری ایتربیوم می تواند تا چند ده کیلووات در مد پیوسته (با ترکیب پرتو) و تا چند مگاوات توان پیک در مد پالسی برسد.
کاربردهای YDFL بسیار گسترده است. در صنعت، برای برش فلزات (به ویژه فولاد ضدزنگ و آلومینیوم)، جوشکاری دقیق، حکاکی، و مارک زنی استفاده می شود. در تحقیقات علمی، به عنوان منبع پمپ برای لیزرهای پارامتری نوری و تقویت کننده های فوق کوتاه کاربرد دارد. در پزشکی، برای جراحی و درمان های پوستی، و در نظامی برای تسلیحات لیزری و جنگ الکترونیک استفاده می شود. لیزرهای فیبری ایتربیوم به دلیل قابلیت اطمینان بالا، عمر طولانی (بیش از ۵۰,۰۰۰ ساعت)، و هزینه نگهداری پایین، در بسیاری از کاربردهای صنعتی جایگزین لیزرهای CO₂ و Nd:YAG شده اند.
چالش های اصلی YDFL شامل اثرات غیرخطی مانند Raman و Brillouin در توان های بالا، تخریب نوری ناشی از تابش (فتودارکینگ)، و محدودیت در انرژی پالسی به دلیل سطح مقطع کوچک فیبر است. برای غلبه بر این محدودیت ها، از فیبرهای با میدان حالت بزرگ (LMA) و فیبرهای فوتونیک کریستال استفاده می شود. همچنین طراحی سیستم های پمپاژ کلمواد (cladding-pumping) باعث افزایش توان و بازده شده است. YDFLها امروزه به بلوغ فناوری رسیده اند و بازار بزرگی را به خود اختصاص داده اند. پیشرفت در ساخت فیبرهای با خلوص بالا و دیودهای پمپ قدرتمند، این فناوری را به یکی از ستون های اصلی صنعت لیزر تبدیل کرده است.
