Թելքային լազեր

Թելքային լազեր, լազեր, ակտիվ միջավայր և, որի համար, հնարավոր է, ռեզոնատոր են հանդիսանում օպտիկական թելքի էլեմենտները։ Ամբողջովին թելքային իրացման ժամանակ այսպիսի լազերը կոչվում է ամբողջական թելքային, լազերի կոնստրուկցիաների մեջ թելքային և այլ էլեմենտների կոմբինացված օգտագործման ժամանակ այն կոչվում է թելքային-դիսկրետ կամ հիբրիդային։

Թելքային լազերները կիրառվում են արդյունաբերության մեջ մետաղների կտրման և արտադրանքի պիտակավորման, մետաղների միկրոմշակման և եռակցման, թելքային-օպտիկական կապի գծերի մեջ։ Օպտիկական ճառագայթման բարձր որակը, ոչ մեծ չափերը և թելքային գծում վերականգնման հնարավորությունը հանդիսանում է նրանց հիմնական առավելությունը։ 
 
Կախված իրենց կիրառման առանձնահատկություններից՝ թելքային լազերների կոնստրուկցիաների լայն տեսականի գոյություն ունի։ Նրանց պատրաստման համար օգտագործվում են ինչպես Ֆաբրի-Պեռո տիպի ռեզոնատորներ, այնպես էլ օղակային ռեզոնատորներ։ Հատուկ մեթոդիկաներով կարելի է միաբևեռային, գերկարճ իմպուլսներով և այլ լազերներ պատրաստել։ Բոլոր թելքային լազերներում կիրառվում են հատուկ տիպի օպտիկական թելքեր, որոնցում ներկառուցված են օպտիկական լցումը ապահովող մեկ կամ մի քանի ալիքատարներ։

Պատմություն 
Օպտիկական թելքով լազերային ճառագայթման առաջին հաղորդումը ցուցադրել են Էլիաս Սնիտցերը () և Ուիլլ Հիկսը () 1961 թվականին։ Նրանց սարքի հիմնական թերությունը թելքով անցնելուց ճառագայթման ուժեղ մարումն էր։ Սակայն մի քանի տարի անց Սնիտցերը ստեղծեց առաջին լազերը, որում որպես աշխատանքային միջավայր էր օգտագործվում օպտիկական թելքը, լեգիրացված նեոդիմը։ 1966 թվականին Չարլզ Կաոն և Ջորջ Հոկհամը ստեղծեցին օպտիկական թելք, որում մարումը կազմում էր 20 դԲ/կմ, երբ միևնույն ժամանակ գոյություն ունեցող թելքերի մարումը կազմում էր մոտ 1000 դԲ/կմ։ Կաոյի թելքի ինֆորմացիոն ունակությունը համապատասխանում էր երկուհարյուր հեռուստաալիքներին։ Ներքին տրամագիծը կազմում էր 4 միկրոն, իսկ ամբողջ թելքի տրամագիծը՝ համարյա 400 միկրոն։ Օպտիկական թելքերի արտադրության առաջընթացը նրանց լայն ճանաչում բերեց՝ որպես ազդանշանների հաղորդման միջոց մեծ հեռավորությունների համար։

Թելքային լազերների կտրուկ զարգացումը սկսվեց 1980-ականների վերջում։ Հետազոտությունների հիմնական ուղղությունները կապված էին գեներացված ճառագայթման տրված պարամետրերի ապահովման համար օպտիկական թելքերում զանազան խառնուրդների օգտագործման փորձարկումների հետ։ մասնավորապես, հիմնական հետաքրքրություն էր առաջացնում սպեկտրի Ինֆրակարմիր ճառագայթման մեջ գերկարճ իմպուլսների գեներացիան։ 1993 թվականին կապի սենսորիկայում և ոլորտում սկսեցին լայն կիրառվել էրբիևյան լազերները: 1990-ականներին էրբիևյան լազերների գեներացիայի հզորությունը գերազանցում էր 1 Վտ-ի շեմը և նախատեսվում էր քառավատտ լազերը։

 2000 թվականից հետո իտտերբիևյան լազերները հայտնվեցին ուշադրության կենտրոնում՝ ցուցաբերելով հզորության ավելացման էական պոտենցիալ։

1993-1994 թվականների ընթացքում ռուսական «ИРЭ-Полюс» ԳՏԿ-ի ոչ մեծ կոլեկտիվը մշակեց դիոդային մարտկոցով լույսի թելքային ուժեղացուցիչների առաջին նախատիպերը, որոնք իրենց հզորությամբ գերազանցում էին արտասահմանյան անալոգներին։ Հետագայում այդ կոմպանիայի հիմնադիր Վալենտին Պավլովիչ Գապոնցևը ստեղծեց միջազգային IPG Photonics կորպորացիան, որը ներկայումս վերահսկում է մեծ հզորությամբ թելքային լազերների համաշխարհային շուկայի 80 %-ը։ Նրա հիմնական արտադրական հարթակները տեղակայված են ԱՄՆ-ում, Գերմանիայում և Ռուսաստանում։

Աշխատանքի սկզբունքներ

Ընդհանուր սխեմա 

Թելքային լազերը կազմված է լուսադիոդի սնուցման մոդուլից (որպես օրենք, լայնաշերտ լուսադիոդներից կամ լազերային դիոդներից), որոնցում տեղի է ունենում գեներացիան, և ռեզոնատորից։ Ի տարբերություն սովորական օպտիկական ալիքատարների՝ լուսադիոդը պարունակում է օպտիկական թելքի լեգիրացված ակտիվ նյութ՝ միջուկ առանց պատյանի։ Ռեզոնատորի կոնստրուկցիան սովորաբար որոշվում է տեխնիկական խնդրով, բայց կարելի է առանձնացնել առավել տարածված դասեր՝ Ֆաբրի-Պերոյի ռեզոնատորները և օղակաձև ռեզոնատորները: Արդյունաբերական սարքերում ելքային հզորության մեծացման համար, երբեմն մի քանի լազեր միացնում են միևնույն սարքին։

Ակտիվ թելք 
Գերմաքուր հալված կվարցը, որը հանդիսանում է օպտիկական թելքերի հիմնական նյութը, օժտված է բարձր թափանցելիությամբ (երկարության կիլոմետրի վրա օպտիկական կորուստեները կազմում են մի քանի տոկոս)։ Կվարցի մեջ լեգիրացման արդյունքում ներմուծված հատուկ խառնուրդները, ավելացնում են նրա ակտիվ միջավայրը։ Ելնելով ինֆրակարմիր ճառագայթման դիապազոնի հաճախության պահանջներից հեռուստակոմունիկացիաների դիապազոնի և սնուցման փոքր շեմային հզորության համար, որպես օրենք, լեգիրացումը կատարում են լանթանոիդների հազվագյուտ հողային տարրերով։ Առավել տարածված թելքերի տիպերից է էրբիևյանը, որը օգտագործվում է լազերային և հզորացուցիչ համակարգերում, որոնց աշխատանքային դիապազոնը ընկած է 1530—1565 նմ ալիքի երկարության ինտերվալում։ Տարբեր հավանական անցումների արդյունքում հիմնական մակարդակ մետաստաբիլ մակարդակից, գեներացման էֆեկտիվությունը կամ հզորացումը տարբերվում է աշխատանքային դիապազոնում ընկած տարբեր ալիքների համար։  Հազվագյուտ իոններով լեգիրացման աստիճանը կախված է պատրաստվող ակտիվ թելքի երկարությունից։ Մի քանի մետրի սահմաններում այն կարող է կազմել տասից մինչև հազար ppմ, իսկ կիլոմետրանոց երկարության վրա՝ 1 ppմ:

Սնուցում 
Գոյություն ունեն օպտիկական ալիքատարերի սնուցման տարբեր կոնստրուկցիաներ, որոնցից առավել կիրառվող են մաքուր թելքային կոնստրուկցիաները։ Տարբերակներից մեկն էլ հանդիսանում է ակտիվ թելքի տեղադրումը մի քանի պատյանների մեջ, որոնցից արտաքինը համարվում է պաշտպանիչ (այսպես կոչված թելք երկակի ծածկույթով)։ 

Առաջին թաղանթը պատրաստվում է մի քանի հարյուր միկրոմետր տրամագծով մաքուր կվարցից, իսկ երկրորդը՝ պոլիմերային նյութից, որի բեկման ցուցիչը վերցրվում է ավելի փոքր, քան կվարցինն է։ Այսպիսով, առաջին և երկրորդ թաղանթները արձակում են սնուցման ճառագայթումը։ Հազվագյուտ հողերի տարրերի իոնների էֆեկտիվ գրգռումը ապահովվում է ակտիվ միջուկի և սնուցման ալիքատարի տրամագծերի ընտրությամբ։ Այս տեխնոլոգիայով կարելի է ստանալ մոտ 100 Վտ ելքային հզորություն։

Սնուցման բարձր հզորությունների հասնում են GTWave տեխնոլոգիայով։ Մի պաշտպանիչ թաղանթի մեջ դրվում է մի քանի ալիքատար միջուկներ, մեկը որոնցից հանդիսանում է ակտիվ միջուկը, իսկ մնացածը՝ սնուցման ալիքատարները։ Սնուցումը իրագործվում է նրանց պտերի միջով ակտիվ միջավայր թափանցող  շնորհիվ։ Տեխնոլոգիայի առանձնահատկություններից է սնուցման ճառագայթման ներմուծումը յուրաքանչյուր սնուցման ալիքատարի գլխանիստի միջով և WDM-ճյուղավորիչների անհրաժեշտության բացակայությունը։
Սնուցման թույլատրելի հզորությունը սահմանափակում է միավոր մակերեսի վրա ճառագայթման սահմանային հզորությունը, որը նյութը պահում է առանց փլուզման։ Մաքուր սիլիցիումի համար այն կազմում է 1 մկմ երկարությամբ ալիքի վրա 1 նվ տևողությամբ իմպուլսի համար  ():Այսպիսով, 8 մկմ միջուկի տրամագծով օպտիկական թելքի սնուցման հզորության արտաքին սահմանը կազմում է մոտ 5 կՎտ:

Ֆաբրի-Պերո տիպի ռեզոնատորներ 
Ֆաբրի-Պերո ինտերֆերոմետրի վրա հիմնված ռեզոնատորները հանդիսանում են ամենատարածվածները: Նրանց միջև տարբերությունը կայանում է ռեզոնատորների հայելիների ստեղծման մեջ։

Դիէլեկտրիկ հայելիների օգտագործմամբ ռեզոնատորներ 
Ֆաբրի-Պերոյի ռեզոնատորների ստեղծման համար առաջին թելքային լազերներում կիրառվել են դիէլեկտրիկ հայելիներ, շնորհիվ 0,82 մկմ սնուցման ալիքի երկարության նրանց թափանցիկ դարձնելու հնարավորության, պահպանելով այդ ընթացքում անդրադարձման բարձր գործակիցը գեներացիայի 1,088 մկմ ալիքի երկարության վրա (այսպիսին էին լազերի պարամետրերը, որտեղ կիրառված են Nd3+ իոններով լեգիրացված թելքեր)։ Առաջ թելքը տեղադրվում էր հայելիների միջև, սակայն այսպիսի կոնստրուկցիան դժվար էր տեղակայելը։ Խնդրի մասնավոր լուծում էր հայելիների դրվումը անմիջապես թելքերի գլխանիստերի վրա, որը, սակայն, մեծացնում էր նրանց փչացման ռիսկը սնուցման ճառագայթման կիզակետմամաբ և ավելացնում էր գլխանիստերի մշակման անհրաժեշտությունը։ Հայելիների պաշտպանման պրոբլեմը երբեմն լուծվում էր WDM-ճյուղավորիչի կիրառմամբ:

Թելքային բրեգովյան ցանցերի կիրառմամբ ռեզոնատորներ 
Օպտիկական թելքի ներսում ռեզոնատորը կառուցվում է ներթելքային երկու բրեգովյան ցանցերով՝ օպտիկական ալիքատարի տեղամասերով, որոնցում ստեղծվում են մոդուլացված բեկման ցուցիչով կառուցվածքներ։ Փոխված բեկման ցուցիչով տեղամասերը տեղակայվում են ալիքատարի առանցքին ուղղահայաց։ Այսպիսի կառուցվածքից անդրադարձումը տեղի է ունենում ։  ալիքի երկարության վրա, որտեղ -ը հիմնական մոդի էֆեկտիվ բեկման ցուցիչն է, -ն ցանցի պարբերությունը։ Անդրադարձման բնույթը (լրիվ կամ մասնակի) կախված կլինի նրա պարամետրերից։ Անդրադարձման սպեկտրի լայնքը մեծ քանակությամբ խազերի դեպքում դառնում է համեմատական կապի  գործակցին, կապված անդրադարձման գործակցի հետ ։  համապատասխանությամբ, որտեղ L-ը ցանցի երկարությունն է։ Պրակտիկայում ներսում բրեգովյան ցանցով թելքը ունի այլ պարամետրեր, քանի որ հենց միայն նրա ստեղծումը փոխում է բեկման ցուցչի գործակիցը ցանցի գտնման վայրում, և այսպիսով, հենց նրա ռեզոնանսային ալիքի երկարությունը։ Ներթելքային ցանցերի համար վտանգավոր են բարձր ջերմաստիճանները։ Չնայած ցանցի քանդման ջերմաստիճանը էականորեն կախված է նրա ստեղծման մեթոդից և թելքի նյութից, հաճախ առավել կրիտիկական ջերյմաստիճաները ընկած են 300—600 °C դիապազոնում

Բրեգովյան ցանցերի հաճախության սելեկցիան թույլատրում է այնպիսի լազեր ստանալ, որը աշխատում է մեկ երկայնական գեներացիայի շերտի փոքր հաճախությամբ մոդի միջոցով: Թելքային ВКР-լազերներում երբեմն ստեղծում են մեկ զույգից ավել տարբեր ալիքի երկարություններով բրեգովյան ցանցեր, ցրման մեծ կարգ ստանալու համար (ցրման յուրաքանչյուր հաջորդ կարգը փոխում է ֆոտոնի ալիքի երկարությունը, որը թույլատրում է հասնել պահանջվող ալիքի երկարությանը)։

Օղակաձև ռեզոնատորներ 
Օզակաձև ռեզոնատորի պարզագույն կոնստրուկցիա է համարվում երկու WDM-ճյուղավորումների ծայրերի միացումը ակտիվ թելքի հետ։ Թելքային օղակաձև ռեզոնատորների առանձնահատկություններից է լույսի հաճախությունից անկախ մեկ ուղղությամբ նրա բացթողումը, բացառությամբ որոշ ռեզոնանսային հաճախությունների։ Փուլի թռիչքը այսպիսի ռեզոնատորում արտահայտվում է հետևյալ բանաձևով 
 
որտեղ -ը՝ փուլի թռիչքն է ռեզոնատորի երկարությունից, իսկ -ը  ռեզոնատորը կազմող թելքի կտրվածքի ելքում և մուտքում հզորությունների հարաբերությունը: Սովորաբար օզակաձև ռեզոնատորներում կիրառվում են հավելյալ մեկուսիչներ և բևեռացուցիչներ, որոնք ապահովում են ճառագայման բևեռացման ամբողջականությունը և նրա տարածման միակողմանիությունը։ Այսպիսի կոնստրուկցիաները թելքային լազերների համար սկսել են կիրառվել դեռևս 1958 թվականից։ Սինքրոնիզացված մոդով լազերների համար օգտագործում են ութի տեսքով ռեզոնատորներ (), որնք անվանվել են այդպես թելքի միացման պատճառով։ Ռեզոնատորի երկու օղակներն էլ ութի տեսքով ծառայում են Սանյակի օղակի դերը։ Ակտիվ թելքը ռեզոնատորի օղակների նկատմամբ տեղակայվում է ոչ համաչափ, որն էլ ստեղծում է հանդիպակաց ալիքների փուլերի միջև ոչ գծայնորեն կապ և ապահովում է, սնուցման որոշակի շեմային հզորության դեպքում, մոդի սինքրոնիզացիան:

Տեխնիկական առանձնահատկություններ

Անընդհատ և իմպուլսիվ գեներացիա

Անընդհատ գեներացիայի լազերներ 
Անընդհատ գեներացիայի լեգերացված նեոդիմով և մոտ 0,8 մկմ ալիքի երկարությամբ () թելքային լազերները պատմականորեն առաջինը հետաքրքրություն առաջացրին։ Շնորհիվ կլանման լայն շերտի նրանք լավ տարածվում են 50-60 նմ-ի սահմաններում։ Սովորաբար նրանք կիրառվում են ավելի քան 1,36 մկմ երկարությամբ ալիքների գեներացիայի համար, ավելի կարճ ալիքների համար կիրառվում են նեոդիմովով լեգերացված ZBLAN-թելքերը:
Երկար ալիքների գեներացիայի Իտերբիևյան լազերները նման են նեմոդյաններին։ Սակայն գրգռման մակարդակներից կլանման բացակայության շնորհիվ (էֆեկտ, երբ գրգռված էներգետիկ մակարդակները ոչ միայն ուժեղացնում են հարկադրված ճառագայթումը, այլև կլանում են սնուցումները, անցնելով ավելի բարձր էներգետիկ մակարդակ) իտերբիումով լեգիրացված իոնները թույլ են տալիս ստանալ բարձր հզորություն։ Նրանց ճառագայթման վերին սահմանը որոշում է ճառագայթման խտությունը, որը, գերազանցելով 1 ГՎտ/սմ2, կարող է բերել ուժեղ ոչ գծային էֆեկտների։ Դրա համար գործնականում փնտրվում է միջուկի տրամագծի միջև որոշակի բալանս, որի մեծացումը թույլ է տալիս մեծացնել սնուցման հզորությունը, և թվային ապերտուրայի արժեքը, որը դրա հետ մեկտեղ փոքրանում է։ Լազերային սարքի 10-կիլովատանոց հզորությունը կարող է պահանջել միջուկի 100 մկմ-ին հավասար տրամագիծ, և 1 մմ տրամագծով ներքին թաղանթ, որը այնքան էլ հարմար չէ։ Այսպիսի հզորությամբ լազերների համար օրիգինալ լուծում է հանդիսանում պարուրաձև փաթաթված լեգիրացված միջուկով պատրաստված թելքը։
 
Էրբիևյան (երբեմն Yb2O3 խառնուրդով զգայագրգռման համար) թելք օգտագործող թելքային լազերները, թույլ են տալիս ստանալ ինչպես տեսանելի տիրույթում գեներացիա, այնպես էլ ինֆրակարմիր դիապազոնում։ Նրանց սնուցման համար կիրառվում են GaAs կիսահաղորդիչները և Nd:YAG լազերները։ Նրանք առավել էֆեկտիվ են 0,95 մկմ կամ 1,48 մկմ ալիքի երկարության սնուցման համար, որտեղ բացակայում են գրգռված մակարդակներից կլանումները։ Էրբիևյան լազերների գերապատվությունը հանդիսանում է ալիքի երկարության վերադասավորումը լայն դիապազոնում, որը նույնպես իրագործվում է գեներացիայի գծի լայնքի սպեկտրալ փոքրացման համար։ Կապված ռեզոնատորների օգնությամբ ստեղծվել է լազեր, որը ունակ է գեներացնել երկու տարբեր՝ յուրաքանչյուրը 16 կՀց-ով ալիքի երկարությունների ճառագայթումները։

Նանովայրկյանային իմպուլսների գեներացիա 
Հզոր նանովայրկյանային, միավոր և տասնյակ կիլոհերց հաճախությամբ, իմպուլսների ստացման համար հաճախ կիրառում են դիմացկունության մոդուլացումը (): Այն օգտագործող թելքային լազերները ունակ են գեներացնել 1 մՋ էներգիայով ճառագայթումները ավելի քան 100 կՎտ հզորությամբ իմպուլսներում:
Դիմացկունության մոդուլացմանը գործնականում կարելի է հասնել տարբեր ձևերով։ Ներռեզոնատորային ակուստոօպտիկական մոդուլյատորները սկսել են օգտագործվել դեռևս 1980-ականների կեսերից, իսկ արդեն 1990-ականներին սկսեցին կիրառել էրբիևյան թելքային լազերներ մոտ 79 սմ ակտիվ թելքի և 
  մոդի մակերեսով, որոնք աշխատում են գեներատորների ()  օգնությամբ։

Ռամանի ցրման կամ Մանդելշտամ-Բրիլլյուենի
ժամանակ ոչ գծային պրոցեսները, որոնք բերում էին սովորական (չլեգիրացված) թելքի դիմացկունության ինքնամոդուլացմանը, հայտնի էին վաղուց։ 1998 թվին ստացվել են 2 նվ տևողությամբ իմպուլսների գեներացիան՝ նեոդիմյան լազերի օգնությամբ, որին կցվել էր տասմետրևանոց միամոդային թելք։ Ստոքսի հետադարձ ալիքը մտնում էր լազեր կարճատև իմպուլսների տեսքով, որը և բերում էր գեներացիայի անհրաժեշտ ռեժիմին։ Երկու տարի հետո ցուցադրվեց չորսմետրանոց իտերբիևյան լազերը, որը գեներացնոում էր մոտ 100 նվ տևողությամբ իմպուլսները։ Անհրաժեշտ է նշել, որ գործնականում առանց հավելյալ սարքերի այսպիսի ցրումների ստոքաոստիկ բնույթը բերում էր գեներացիայի ամպլիտուդի ոչ ստաբիլությանը։

Պիկո- և ֆեմտովայրկյանային իմպուլսների գեներացիա 
Պիկո- և ֆեմտովայրկյանային լազերների ստացման սովորական մեթոդը հանդիսանում է մոդի սինքրոնիզացումը։ Թելքային լազերում միաժամանակ կարող են ճառագայթվել մեծ քանակությամբ իրարից  հաճախային հեռավորությամբ երկայնական մոդեր, որտեղ -ը ռեզոնատորի մեկ անցման օպտիկական երկարություն է։ Մոդի սինքրոնիզացիայի համար ասում են այն դեպքում. երբ ցանկացած երկու հարևան մոդերի միջև ծագում է միևնույն  փուլի տարբերությունը։ Այդ ժամանակ ճառագայթման I ինտենսիվությունը համեմատական կլինի կապված M մոդերի քանակից և հաճախության տարբերությունից կախված ֆունկցիայից՝ 
 
Արդյունքը հանդիսանում է լազերից թողնված իմպուլսների հաջորդականությունը  տևողությամբ և  ընդմիջումով։

Թելքային լազերներում օգտագործում են մոդերի սինքրոնիզացիայի մի քանի տիպեր։ Ակտիվ սինքրոնիզացումը կայանում է օպտիկական դաշտի ամպլիտուդի կամ փուլի մոդուլյացիայի մեջ։ Թելքային լազերները թելքային այլ սարքերին միացման համար, չափերով և կորուստներով, կիրառելի են LiNbO3-эԷլեկտրական մոդուլյատորները։ Իմպուլսների տևողությունը և նրանց միջև ընդմիջումները որոշվում ենն ռեզոնատորի կոնստրուկցիայով։ Այսպես, սովորական, 2 կմ երկարությամբ, թելքով միացված օղակաձև ռեզոնատորում ուժեղ անոմալ դիսպերսիայով կարելի է ստանալ մոտ 4 պվ տևողությամբ իմպուլս։ РՖաբրի-Պեռոյի ռեզոնատորը թույլատրում է հասնել  պվ տևողությամբ իմպուլսների։ Գոյություն ունեն սարքեր, որոնք թույլատրում են ստանալ մինչև 10 պվ իմպուլսներ՝ 10 ԳՀց ընթացքի հաճախությամբ։ Սակայն այս տիպի լազերների ընդհանուր պրոբլեմ է հանդիսանում գեներացիայի երկար ընթացքի ժամանակ իմպուլսների ամպլիդուդների անկայունությունը։ Ամբողջական թելքային կոնստրուկցիայում, որը կիրառում է ակտիվ սինքրոն մոդ, օգտագործվում են փոխադարձ փուլային մոդուլացիան։

Ֆեմտովայրկյանային իմպուլսների ստացման համար օգտագործվում է մոդի պասիվ սինքրոնիզացիան։ Այս դեպքում օգտագործվում է որոշակի ոչ գծային տարր, որի անցման դեպքում իմպուլսը դառնում է նեղ։ Ոչ գծային տարրերը կարող են հանդես գալ այսպես կոչված հագեցված կլանիչները, թելքային օղակի տիպի ոչ գծային հայելիները և այլն։ Հագեցած կլանիչի գաղափարը կայանում է նրանում, որ իմպուլսի տարածման ժամանակ այսպիսի սարքի միջով նրա ծայրերը կլանվում են էականորեն ավելի շատ, քան կենտրոնը (որի ամպլիտուդը ավելի մեծ է)։ Դա համարժեք է իմպուլսի տևողության փոքրացմանը։ Գոյություն ունեն լազերների օրինակներ, որոնք օգտագործում են հագեցած կլանիչներ 320 ֆվ տևողությամբ իմպուլսների գեներացման համար։ Որ գծային հայելիները կամ բևեռացման ոչ գծային պտույտը թույլատրում է ստեղծել ամբողջական թելքային կոնստրուկցիա։

Միաբևեռացված լազերներ 

Նույնիսկ միամոդ թելքում մոտ հաստատուն տարածմամաբ և սահմանափակ բևեռացմամաբ մոդերի միջև կապ գոյություն ունի։ Կապի թելք-օպտիկական գծերի համար դա հանդիսանում է բացթողիչ հատկությունը և երկարությունը սահմանափակիչ գործոն, այնպես որ գերադասելի է համարվում թելքով իմպուլսի տարածման բևեռացման պահպանումը։
 
Թելքային լազերի ճառագայթման բևեռացումը ընդհանուր դեպքում ոչ գծային օրենքով կախված է շատ գործոններից, մասնավորապես, սնուցման հզորությունից։ Հաճախ օրթոգոնալ բևեռացուցիչների ճնշման կիրառվող մեթոդ է հանդիսանում ներթելքային բևեռացուցիչի կիրառումը։ Նրա դերում կարող է հանդես գալ որոշակի կտրվածքով մետաղական թելը (օրինակ, լատինական D տառի ձևով), որը ներկառուցված է թելքի մեջ և ձգված նրա միջուկի երկայնքով։ Բևեռացման համար, օրթոգոնալային D-աձև թելի հարթ մակերևույթին, օմական կորուստները ուժեղ կլինեն, որպեսզի էականորեն ցածրացնեն նրա ինտենսիվությունը։ Նույն ֆիզիկական սկզբունքի վրա հիմնված այլ տիպի թելքային բևեռացուցիչի ստեղծման համար, օպտիկական թելքը մշակվում է այնպիսի ձևով, որ միջուկից ալիքի կարգի հեռավորության վրա ձևավորվում են բևեռացված մակերևույթներ, որոնց վրա փոշիացվում է մետաղի շերտ։ Նկարագրված կոնստրուկցիաների փորձարարական հետազոտությունները ցույց տվեցին բևեռացման ամպլիտուդի մինչև 25 դԲ ինֆրակարմիր դիապազոնոււմ տարբերությունը ելքային մի քանի միլիվատտ հզորության համար և ՕԳԳ-ն մոտ 25 % է։

Սկուզբուքորեն այլ մեթոդ է ուժեղ երկճառագայթաբեկմամաբ օպտիկական թելքերի օգտագործմամաբ մոդը։ Այս թելքերը, որոնց մեջ արհեստականորեն ստեղծված է լույսի աղբյուրի տարածման անհամաչափությունը, օրինակ, էլիպսաձև միջուկի կամ կողային փոսիկների ստեղծմամբ, որոնք որոշակի ուղղությամբ մեխանիկական լարում են առաջացնում թելքում։ Անհրաժեշտ բևեռացման գեներացիային են հասնում ներթելքային բրեգովյան ցանցերի կիրառմամբ, որոնցում անդրադարձման գործակիցը կախված է Ֆաբրի-Պեռոյի ռեզոնատորի համար բևեռացումից։

Up-կոնվերսիա 
Up-կոնվերսիոն (ապ-կոնվերսիոն) են անվանում այն լազերները, որոնց մեջ ճառագայթման ալիքի երկարությունը փոքր է, քան սնուցման ալիքինը։ Up-կոնվերսիոն սնուցման սխեման կայանում է ակտիվ միջավայրի կողմից մի քանի ֆոտոնների կլանմամբ, որի հետևանքով անցման էներգիան վերջնական էներգետիկ մակարդակից գերազանցում է կլանված յուրաքանչյուր ֆոտոնի էներգիան։ Թելքային լազերներում նրա կիրառումը հաճախ պահանջում է ֆլյուրիդային (ZBLAN) թելքեր։ Up-կոնվերսիան կիրառվում է թուլիում-, էրբիում- և պրազեոդիում/իտերբիում-լեգիրացված լազերներում։
Անհրաժեշտ է նշել, որ գեներացիայի համար օգտագործվող, իոնի յուրաքանչյուր էներգետիկ մակարդակ, համարվում է մատրիցայի հետ փոխազդեցությունից հետո՝ լայնացած։ Ապ-կոնվերսիան իրենից առավել հետաքրքրություն է ներկայացնում, քանի որ,թույլատրում է ստեղծել սպեկտրի կապույտ շրջանում լազերներ, կարմիր կամ ենթակարմիր դիապազոնում սնուցման օգտագորխմամաբ։
Թուլիումյան ակտիվ թելքի սնուցման տիպիկ սխեման (ակտիվ կենտրոններ են համարվում Tm3+-ի իոնները) 1,06 մկմ ֆոտոնների եռաֆոտոն կլանման ժամանակ, կայանում է , ,  անցումներում։ Ակնթարթային անցումներ  և -ը համարվում են ռելակսացիոնային։ Արդյունքը հանդիսանում է հզոր ժառագայթման գեներացիան  475 նմ ալիքի երկարության անցման վրա։ 660 նմ ալիքի երկարությամբ քվանտների երկֆոտոն կլանումը բերում է  և 
անցումներին։

Պրազեոդիումը որպես աշխատանքային իոն, իրենից ավելի քիչ հետաքրքրություն է ներկայացնում, քանի որ up-կոնվերսիոն սխեման թելքերի համար, իրենցով լեգիրացված, թույլատրում է ստանալ կարմիր, նարնջագույն, կանաչ և կապույտ գույների գեներացիան։ Հաճախ շնորհիվ հզոր GaAs դիոդի աշխատանքի դիապազոնում ընկած կլանման շատ լայն տիրույթում կիրառվում են իտերբիումով լրացուցիչ լեգիրացում։ Yt3+-ի իոնները ծառայում են որպես սենսիբիլիզատորներ (մասնիկներ, որոնք փոխանցում են իոնների տարբեր մակարդակների գեներացիայի համար ծառայող էներգիան)։

ԼԿՑ-լազերներ 
Լազերի գեներացիայի հաճախության ձևափոխումը կարող է իրագործվել հարկադրական կոմբինացիոն ցրման օգնությամբ։ Ապակիներում այն դրսևորվում է էականորեն ավելի թույլ, քան որոշ ոչ գծային բյուրեղներում և հեղուկներում, բայց թելքում ցածր օպտիկական կորուստների հետևանքով, ԼԿՑ-ը տեղի է ունենում առավել էֆեկտիվ։ Առաջին անգամ Ռամանի էֆեկտը թելքային լազերներում ցուցադրվել է Ռոջեր Ստոլենի կողմից 1972 թվականին, և այդ ժամանակվանից շարունակվում է թելքային ԼԿՑ-լազերների վերամշակումը։ Նրանք առավել մեծ հետաքրքրություն են ներկայացնում շնորհիվ գեներացիայի հաճախության սպեկտրի ենթակարմիր տիրույթ տեղափոխման համար, որտեղ հազվագյուտ հողային պինդմարմնային լազերները ցածրաէֆեկտիվ են։ Դիսպերսիոն ռեզոնատորների հետ մեկտեղ կարելի է ստանալ հաճախության վերակառուցումը 1,1—1,6 մկմ դիապազոնում պահպանելով բարձր ելքային հզորություն։

Թելքային ԼԿՑ-լազերների ռեզոնատորները ստեղծվում են բրեգովյան ցանցերի զույգերով, որոնք հաշվարկվում են սնուցման ճառագայթման ամբողջ բացթողնման և ստոկսյան կոմպոնենների ցրված ճառագայթման (լրիվ անդրադարձրած հայելու համար 99,9 %-ի կարգի և 5 %-ը ելքաիյ հայելու համար) ալիքի երկարության նկատելի անդրադարձման համար։ Երբեմն օգտագործում են մի քանի զույգ ցանցեր ավելի բարձր կարգի ստոկսյան կոմպոնենտների ստացման համար։ Առավել տարածված են այնպիսի ԼԿՑ-լազերները, որոնք օգտագործում են գերմանոսիլիկատային թելքեր, որոնց շնորհիվ նրանցում հարկադրված կոմբինացիոն ցրման էֆեկտիվությունը և լուսազգայնությունը էականորեն բարձր է, քան մաքուր կվարցայիններում, և ավելանում է գերմանիումի խտության մեծացման հետ մեկտեղ:Անընդհատ գեներացիայի տիպիկ լազերները սնուցվում են այլ 1,06 մկմ ալիքի երկարությամբ YAG:Nd3+-լազերով։ Նեոդիմային լազերի առաջնային սնուցումը իրագործվում է կիսահաղորդիչ դիոդներով։ Ակտիվ թելքի երկարությունը կարող է կազմել 800մ։ նրանում ռեզոնատորները ստեղծվում են բրեգովյան ցանցերի երեք կամ ավել զույգերով (կասկադներով)։ Նմանատիպ 1,48 մկմ ալիքի երկարությամբ հնգակասկադ լազերը տալիս է ելքային 1,5 Վտ հզորություւն և օգտագործվում է ՀԹՕԳ թելքային ուժեղացուցիչներում սնուցման համար։

ֆոտոնային բյուրեղների թելքային լազերներ 

Այսպես կոչված միկրոկառուցվածքային կամ ֆոտոն-բյուրեղային օպտիկական թելքերը (ՖԲՕԹ,  կամ microstructured fiber) էականորեն տարբերվում են ավանդական կիրառվող օպտիկական թելքերից։ Եթե վերջիններում լուսատարը կազմվում է տարբեր բեկման ցուցիչներ ունեցող շերտերով, ապա ՖԲՕԹ-ում լուսահաղորդող կառուցվածքը թելքի միջուկը առաջացնում է օդային աղբյուրներով (օրինակ, գլանաձև), նրանք առաջացնում են երկչափանի ֆոտոնային բյուրեղ։ Դրա համար նրանցում ալիքատար մոդերը ձևավորվում են ոչ թե թելքի երկայնքով ճառագայթի տարածման ներքին անդրադարձման ճանապարհով, այլ միկրոկառուցվածքի բացթողնման սպեկտրում արգելված շերտերի հայտնման արդյունքում։
Տիպիկ ՖԲՕԹ-ում միկրոկառուցվածքը կազմավորվում է վեցանիստորեն դասավորված օդային աղբյուներով(): Այս թելքի գլխավոր առանձնահատկություններից հանդիսանում միայն հիմնական մոդի օժանդակումը անկախ ալիքի երկարությունից և միջուկի տրամագծից։ Դրա համար էլ միկրոկառուցվածքները թույլատրում են ստեղծել ցանկացած տրված թվային ապերտուրայով (շատ փոքր՝ ակտիվ միջուկի մինչև շատ մեծ՝ սնուցման ալիքատարի համար) միջուկի համեմատաբար մեծ տրամագծի դեպքում:Վերջինը շատ կարևոր է գերհզոր միամոդ լազերի ստեղծման համար, քանի որ թելքի պատրաստման սովորական տեխնոլոգիան պահանջում է տրամագծի մեծացում հզորության մեծացման համար, իսկ միևնույն գեներացիայի թելքի դեպքում դա բերում է լույսի տարածման բազմամոդ ռեժիմին։
Հազվագյուտ հողային իոնների սնուցման համար ՖԲՕԹ-ի կտրվածքում ստեղծվում է այնպիսի կառուցվածք, որը հիշեցնում է կրկնակի ծածկույթով օպտիկական թելք։ Ակտիվ միջուկը շրջապատող ներքին ֆոտոնային բյուրեղի շուրջը, որոշակի հեռավորությամբ ձևավորվում է ևս մեկ օդային աղբյուրի շերտ (թելքի կտրվածքում շառավղային ուղղությամբ տիպիկ ձգված)։ Այսպիսի կառուցվածքի առավելությունը բացի մեծ թվային ապերտուրայից, հանդիսանում է, շնորհիվ պարուրաձև և պտուտակավոր մոդերի, սնուցման ճառագայթման փոքր կորուստները, որոնք չեն անցնում ակտիվ միջուկով։

2003 թվականին ցուցադրվել է հաստատուն գեներացիայի ռեժիմով աշխատող թելքային լազերը, որը օգտագործում էր 2003 մ երկարությամբ ՖԲՕԹ-ը, որի ՕՕԳ-ն 78 % էր 80 Վտ հզորության դեպքում։ 2006 թվականին ստեղծվել է այդ նույն ՕԳԳ-ով լազեր, գեներացիայի մաքսիմալ 320 Վտ ( ակտիվ թելքի) հզորությամբ և մոդի 2000 մկմ2 մակերեսով։ Ինչպես և սովորական թելքի դեպքում, լազերները, որոնք օգտագործում են ՖԲՕԹ-ը, բնութագրվում են ճառագայթման ելքային հզորության և սնուցման հզորության գծային կապով։

Կիրառություններ

Առավելություններ և թերություններ 

Թելքային լազերների առավելություններին է վերագրվում ռեզոնատորի մակերեսի հարաբերությունը նրա ծավալին, որը ապահովում է որակյալ սառեցում, սիլիցիումի ջերմակայունությունը և տվյալ դասի սարքերի ոչ մեծ չափերի հզորության և որակի պահանջները։ Լազերային ճառագայթը, որպես օրենք, անհրաժեշտ է մտցնել օպտիկական թելքի մեջ տեխնիկայում հետագա օգտագործման ահամար։ Այլ կոնստրուկցիաների լազերների համար դա պահանջում է հատուկ օպտիկական համակարգեր և սարքը դարձնում է տատանումների հանդեպ ավելի զգայուն։ Թելքային լազերներում ճառագայթման գեներացիան տեղի է ունենում անմիջապես թելքում, և այն ունի բարձր օպտիկական որակ։ Տրված տիպի լազերներիի համար թերություններ են հանդիսանում ճառագայթման բարձր խտությունից առաջացած ոչ գծային էֆեկտները և ակտիվ նյութի փոքր ծավալով պայմանավորված, համեմատաբար փոքր էներգիան ելքային իմպուլսում։

Թելքային լազերները կիրառման ոլորտներում զիջում են կարծրամարմիններին, որտեղ պահանջվում է բևեռացման համար բարձր կայունություն, իսկ թելքի բևեռացման պահպանման օգտագործումը տարբեր պատճառներով դժվարեցված է։ Կարծրամարմին լազերները չեն կարող փոխարինվել 0,7—1,0 մկմ սպեկտրալ դիապազոնով թելքայիններին։ Նրանք ունեն նաև մեծ պոտենցիալ իմպուլսի ելքային հզորության աճեցման համար ի տարբերություն թելքայիններին։ Սակայն թելքային լազերները ցուցաբերում են լավ արդյունքներ այնպիսի ալիքի երկարությունների համար, որտեղ գոյություն չունի բավարար լավ ակտիվ միջավայրեր կամ այլ կոնստրուկցիաների լազերների հայելիներ, և թույլ են տալիս փոքր դժվարություններով իրացնել up-կոնվերսիաներին նման լազերային սխեմաներ։

Կիրառման ոլորտներ 
Շնորհիվ պարամետրերի լայն ընտրության թելքային լազերները գտել են իրենց կիրառությունները գործունեության լայն ոլորտներում։ Մասնավորապես, նրանք օգտագործվում են արդյունաբերության մեջ մետաղների փորագրման և հատման, ապրանքների լազերային դրոշմադրման համար, որտեղ անհրաժեշտ են տրված ընթացքի հաճախությանը կարճատև իմպուլսների մեծ լարվածակետային հզորություններ։ Այսպես, պլաստիկի և մետաղի համար օգտագորճվում են 5—10 կՎտ իմպուլսներ 10-ից 100 նվ տևողությամբ ընթացքի 20-ից 200 կՀց հաճախությամբ։ Դա թույլատրում է փոխել մակերևույթի միայն օպտիկական հատկությունները, առանց արտադրանքի ներքին կառուցվածքի վնասման։ Մինչև 60 Վտ լազերները օգտագործվում են էլեկտրոնիկայի և միլիմետրի մի քանի տասնորդական մասի հաստության բժշկական գործիքների մեջ չժանգոտվող մետաղների եռակցման համար։ Նրանք ստենտների պատրաստման մեջ ցույց տվեցին լավ արդյունքներ։

Տես նաև 
 Լազերների տեսակներ
 Լազերի կառուցվածք
 Կարծրամարմին լազեր
 Թելքային լազերներ

Ծանոթագրություններ

Գրականություն

Արտաքին հղումներ 

 
 
 
 
 
 

Թելքային օպտիկա
Լազեր