¿Qué compone a un láser de fibra? En este artículo te brindaremos información general sobre este artefacto; así como la forma en que cada componente de la máquina láser opera.
Hemos hablado mucho sobre los variados usos del láser de fibra, sobre las industrias relacionadas, la importancia que tiene sobre la tecnología, los materiales en los que puede trabajar, y en general de todas sus maravillas; pero en este artículo, nos centraremos en las piezas que componen este gran invento que es el láser de fibra.
Información general
Un láser de fibra utiliza fibra óptica como medio amplificador. Es un módulo activo (como un componente activo en la electrónica) que requiere energía y utiliza las propiedades de amplificación óptica de los iones de tierras raras.
El componente de la bomba es usualmente un diodo láser de fibra. En este caso el funcionamiento del láser de fibra óptica puede variar en dos tipos de arquitecturas:
- Configuraciones con cavidad láser, donde la luz se propaga en ambas direcciones de amplificadores medianos.
- O MOPA (Master Oscillator Power Amplifier), donde un oscilador pequeño (sembrador) genera una diminuta señal que luego se amplifica en la fibra sirviendo como medio de ganancia.
Piezas internas
Después de la pequeña explicación anterior, pasaremos a la información sobre los componentes del láser de fibra.
Medio amplificador de fibra
Al igual que todos los otros tipos de láser, el de fibra también utiliza el principio de emisión estimulada, y la mayoría de los láseres de fibra se fabrican ensamblando componentes precisamente de fibra.
Las fibras asociadas con estos diferentes componentes son denominadas “fibras pasivas”, las cuales no tienen propiedad amplificadora.
Por otro lado, las que se encuentran en el corazón del medio amplificador son llamadas “fibras activas”, y estas están dopadas con iones de tierras raras (como eribum, iterbio o tulio) que permiten la emisión estimulada al transformar la potencia del diodo láser de la bomba en potencia láser.
Diodos láser de bombeo
Los diodos láser de fibra para bombeo que se utilizan principalmente en láseres de fibra se basan en tecnologías de semiconductores que emiten en el rango de 800-1000 nm.
Estos diodos se pueden separar principalmente en dos familias:
- Diodos láser de fibra monomodo, en donde la luz se genera de una estructura resonante emitida por el borde y luego se enfoca en una fibra de ~6 µm de núcleo. Generalmente se monta en una carcasa de mariposa que contiene un Peltier de regulación de temperatura incorporado (TEC), los cuales son generalmente capaces de emitir de 300 mW a 1,5 W; y se utilizan para bombear una fibra activa con un solo revestimiento.
- Diodos láser de fibra acoplada se basan generalmente en chips con una emisión de borde ancho (lado emisor de chips de diodos láser de área amplia), que igualmente se dividen en dos categorías:
- De emisor único en los que un solo chip láser que emite hasta 15 W se acopla a una fibra de 105 (núcleo) / 125 µm (revestimiento).
- Con múltiples emisores (multi emisores) que contienen varios chips láser cuya luz se acopla en una sola fibra (105/125 también muy a menudo) y pueden emitir hasta varios cientos de Watts.
Sembradora óptica
Los láseres tipo MOPA cuentan con un elemento llamado “sembradora” que marcará las características ópticas que serán amplificadas a través de las etapas de amplificación
La sembradora óptica es el elemento principal de los láseres de fibra que tienen diferentes arquitecturas. Por ello, existen varios tipos de arquitecturas para la “sembradora”.
Diodos láser controlados de forma continua o en pulso, un diodo láser seguido de una modulación externa de alta velocidad, una cavidad de interruptor Q, una cavidad de modo bloqueado, un oscilador de cristal como un microchip y muchos otros enfoques.
Combinador de diodo
El acoplamiento de la luz de un diodo láser de fibra en un medio de fibra activa es un proceso complicado.
Los componentes utilizados para el acoplamiento son diferentes para un diodo láser monomodo y un diodo láser de fibra multimodo.
Para bombear diodos láser de un solo ácido, generalmente se utilizan dos tipos de componentes:
- Acoplador TAP / WDM, que se basa en el principio de fusión y rotación de dos fibras juntas para que los modos de las dos fibras puedan acoplarse hasta alcanzar el rendimiento deseado.
- Thin Film WDM (multiplexores por división de longitud de onda), que está basado en tecnología dicroica de película fina por su capacidad de transmisión / reflexión.
Medio reflectante
Es un componente muy importante, ya que se usa ampliamente en los láseres de fibra de una rejilla de Bragg, que es una alteración periódica o aperiódica del índice de refracción en el núcleo de una fibra óptica. Generalmente, se fabrican iluminando una fibra de germanosilicato con luz ultravioleta.
La rejilla de Bragg permite cualquier tipo de espectro de reflexión dependiendo de cómo esté diseñada la iluminación de fibra UV.
Medio de modulación
La fabricación de un láser de fibra pulsado en una configuración de tipo de cavidad, requiere de un medio de pérdida relacionada en el tiempo que sea un absorbedor saturable o un soporte de conmutación sincronizada para pérdida activa.
El componente de conmutación puede ser un AOM (modulador acústico-óptico), un EOM (modulador electroóptico) o un SOA controlado en modo de pulso.
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