دستگاه فایبر لیزر چیست و چرا به این نام شناخته می‌شود؟

فایبر لیزر ها، نوآوری شگفت‌انگیزی در دنیای لیزرها هستند که به سرعت در صنایع مختلف جای خود را باز کرده‌اند. این نوع لیزرها از یک هسته شیشه‌ای بسیار نازک (فیبر نوری) تشکیل شده‌اند که با عناصری خاص مانند اربیوم یا ایتربیوم تقویت شده است. هنگامی که این فیبر با نور یک دیود لیزری پرقدرت برانگیخته می‌شود، نور لیزر با شدت و خلوص بالا تولید می‌شود.

تکنولوژی فایبر لیزر و ویژگی‌های آن

فایبر لیزر (fiber/fibre)نوعی لیزر است که در آن منبع تحریک فعال، یک فیبر نوری است که با عناصر کمیاب خاکی مانند اربیوم، تریبیوم، نئودیمیم، دیسپروزیوم، پراسئودیمیوم، تلیوم و هلمیوم، تغذیه شده است. این لیزرها به تقویت‌کننده‌های فیبر تحریک شده مرتبط هستند که توانایی تقویت نور را بدون لیزینگ فراهم می‌کنند.

یکی از بزرگترین مزایای فایبر لیزر در مقایسه با دیگر انواع تشعشعات نوری، قابلیت انتقال آن از طریق فیبرهای منعطف است. این ویژگی به لیزر این امکان را می‌دهد که به آسانی به یک نقطه متمرکز منتقل شود، که برای برش، جوش و خم کردن فلزات و پلیمرها بسیار حائز اهمیت است. مزیت دیگر این تکنولوژی، قدرت خروجی بالای آن است. لیزرهای فیبر می‌توانند مناطق فعال چند کیلومتری داشته باشند و در نتیجه، توان نوری بسیار بالایی تولید کنند. آن‌ها قادرند توان خروجی مداوم در سطح کیلووات را به دلیل نسبت بالای سطح فیبر به حجم پشتیبانی کنند که این امر باعث بهبود کارایی خنک‌کنندگی می‌شود.

ویژگی‌های موجبر فیبر، تحریف حرارتی مسیر نوری را کاهش می‌دهند و به طور معمول پرتوی نوری با محدوده و پراش محدود تولید می‌کنند. همچنین، لیزرهای فیبر در مقایسه با لیزرهای میله‌ای یا گازی با قدرت مشابه، فضای کمتری اشغال می‌کنند و از این رو، هزینه کمتری نیز دارند. این لیزرها قابل اعتماد هستند و می‌توانند دماهای بالا را تحمل کنند، همچنین دارای پایداری اشعه، طول عمر زیاد و عملکرد بدون نیاز به نگهداری می‌باشند.

پیک توان بالا و پالس‌های نانوثانیه‌ای، امکان مارکینگ و حکاکی با کیفیت بالا را فراهم می‌کنند. قدرت فوق‌العاده و کیفیت بهتر پرتوهای لیزر فیبر، منجر به برش‌های تمیزتر و سرعت برش سریع‌تر می‌شود.

کاربردهای فایبر لیزر شامل پردازش مواد (مارک، حکاکی، برش)، ارتباطات از راه دور، طیف‌سنجی، داروسازی و صنایع تسلیحاتی است.

امروزه، فایبر لیزر برای تولید دستگاه‌های موج صوتی سطح بالا (SAW) با کارایی بسیار بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. این لیزرها نسبت به فناوری‌های قدیمی لیزر حالت جامد، توان و هزینه کمتری را به همراه دارند.

لیزرهای فیبر توسط دیودهای لیزر نیمه‌هادی یا لیزرهای دیگر فیبر پمپ می‌شوند. لیزرهای فیبر با فناوری Q-switched، یک گزینه کم‌مصرف و الکتریکی برای فناوری Ndمحسوب می‌شوند.

فایبر لیزر ها چگونه عمل می‌کنند؟

فایبر لیزر بر پایه اصل انتشار تحریک‌شده کار می‌کنند. زمانی که یک اتم یا یون برانگیخته می‌شود، می‌تواند فوتونی از نور منتشر کند. اگر این فوتون با اتم یا یون برانگیخته دیگری برخورد کند، می‌تواند منجر به انتشار فوتون دیگری با همان انرژی و جهت شود. این فرآیند قابلیت تکرار مکرر دارد و به همین ترتیب، آبشاری از فوتون‌ها شکل می‌گیرد که یک پرتو نور منسجم و قوی را ایجاد می‌کند.

در لیزر فیبر، فیبر حاوی عناصر کمیاب خاکی به عنوان محیط تقویت‌کننده عمل می‌کند. هنگامی که این فیبر با دیود لیزری پرتوان پمپ می‌شود، یون‌های کمیاب برانگیخته می‌شوند و فوتون‌های نوری را ساطع می‌کنند. این فوتون‌ها از طریق فیبر عبور کرده و موجب تحریک گسیل فوتون‌های بیشتری می‌شوند و به این ترتیب، پرتو لیزر با توان بالا تولید می‌شود. حفره لیزر فیبر از دو آینه تشکیل شده است که نور را به جلو و عقب در فیبر منعکس می‌کنند و با هر بار عبور، شدت آن را افزایش می‌دهند.

نتیجه‌گیری

فایبر لیزر یکی از انواع لیزرهای حالت جامد هستند که از فیبرهای نوری به عنوان رسانه فعال بهره می‌برند. این لیزرها بر مبنای اصل انتشار تحریک‌شده عمل می‌کنند و به دلیل توان بالا، کارایی و کیفیت بالای پرتو، در زمینه‌های مختلفی کاربرد دارند. با پیشرفت فناوری، لیزرهای فیبر همچنان نقش حیاتی در پردازش مواد، کاربردهای پزشکی، ارتباطات و طیف‌سنجی ایفا خواهند کرد.