光ファイバー光ファイバーの通常ライトの円柱導波管のために短い。それは繊維の中心の光波を抑制し、繊維の軸線に沿って移動するために光波を導くのに全反射の原則を使用する。水晶ガラスと銅線を取り替えることは世界を変えた。
光ファイバーずっと光波を行なうための媒体として大きいコミュニケーション容量、強いanti-interference能力、低い動作減衰量、長いリレー間隔、よい秘密、強い適応性、小型の、軽量および豊富な原料の源の利点による1966のチャールズKaoによって提案されてから広く利用されている。「光ファイバーの父として知られていたKao先生は」彼の仕事のための物理学の2009年のノーベル賞を与えられた。光ファイバー光ファイバーのますます完全で、実用的な性能によってテレコミュニケーション工業の変形を革命化し、現代コミュニケーションの中心の部品として基本的に銅線を取り替えた。
光ファイバーの通信システムは情報キャリアとして導かれた波媒体として一種のライトが付いている通信システムおよび光ファイバーである。光ファイバー場合の情報を送信する、電気的信号は光シグナルに変えられ、次に光ファイバーの中で送信される。新しいコミュニケーション技術として、光ファイバーコミュニケーションは人々の大きい興味そして広い関心を覚醒させた大きい優越性を最初から示した。コミュニケーションの繊維の広範な適用はまた繊維のアンプおよび繊維レーザー[1]の急速な開発を促進する。コミュニケーション分野に加えて、繊維光学システムに薬の、感知および他の分野で広い応用範囲がある。
光ファイバー
繊維レーザーの利益媒体は活動的な繊維である。構造に従って、それは単一モード繊維、二重クラッディング繊維および光通信の水晶繊維に分けることができる。
単モード繊維の単モード繊維は繊維の中心、クラッディングおよびコーティングの層で構成される。繊維の中心材料、n1のr.i.は、クラッディング材料のそれ、n2より高い。入射光の入射角が臨界角より大きいとき、ビームは繊維の中心で十分に出る、従って繊維は繊維の中心で広がるためにライトを制限できる。単モード繊維の内部のクラッディングは多重モードポンプ ライトを強いることができないし繊維の中心の開口数は低い。従って、レーザーの出力は繊維の中心に単モードポンプ ライトの連結によってしか得ることができない。早い繊維のレーザーはすべて、低い連結の効率に終って、この単モード繊維を出力電力レーザーであるミリワットだけ使用する。
二重覆われた光ファイバー
慣習的な単モード単一で被覆されたイッテルビウム（Yb3+）の限定を克服するためには-変換効率の添加された繊維および出力電力は、R.Moeller最初に1974年にdouble-clad繊維の概念を提案した[2]。その後で、それはE.Snitzerが等強力なイッテルビウム添加された繊維のレーザー/アンプが急速に開発されたクラッディングのポンプ技術を提案した1988年までなかった[3つの]。
二重クラッディング繊維は一種の特別な構造が付いている繊維である。慣習的な繊維と比較されて、それはコーティングの層、内部のクラッディングの層、外のクラッディングの層および添加された繊維の中心で構成される内部のクラッディングの層を加える。クラッディング ポンプ技術は二重クラッディング繊維、中心に繊維レーザーのポンプ変換効率そして出力電力が非常に改善することができるように繊維の中心の内部のクラッディングそしてレーザーの多重モードポンプ ライトを送信するべきであるかどれがの基づいている。二重クラッディング繊維の構造、内部のクラッディングの形およびポンプ ライトの連結モードはこの技術の急所である。
double-clad繊維の中心はだけでなく、レーザー媒体繊維レーザーのレーザー信号のまた通信チャネルであり二酸化ケイ素（SiO2）で希土類元素と添加した構成される、ではない。対応する働く波長のV変数は出力レーザーが基本的な横断モードであることを保障するように開口数および棒径の設計によって一般に減る。内部のクラッディングに大いにより大きい横断サイズ（時の10慣習的な中心の直径）および中心のレーザーの伝播を完全に限ることができる中心より開口数および小さいr.i.がある。このように、大きい横断面の光学導波管および大きい開口数は大きい開口数が付いている強力なポンプ ライトが、大きい断面および多重モード繊維につながれるように許すできるおよび高い発電密度の光学ポンプの維持を促す伝達および非拡散のための内部のクラッディングに制限されるために形作られる外の層と繊維の中心の間で。外の層は内部のクラッディングより低いr.i.のポリマー材料で構成される。一番外の層は有機材料から成っている保護層である。ポンプ ライトへのdouble-clad繊維の連結区域は中心によってだけ定められる従来の単モード繊維とは違う内部のクラッディングのサイズによって、定められる。一方で、人間繊維レーザーの力の連結の効率は改善される。ポンプ ライトは内部のクラッディングの層で行なう場合レーザーを出すために添加されたイオンを刺激する、繊維の中心を何回も通る。一方では、出力ビーム質は繊維の中心の性質によって定められる。内部のクラッディングの導入は繊維レーザーの出力ビーム質を破壊しない。
最初に、二重クラッディング繊維の内部のクラッディングの構造は円柱対称である、工程は半導体レーザー（LD）の尾繊維段階のカップリングの関係をポンプでくみ比較的やすく、容易であるが内部のクラッディングの螺線形ライトの多量のポンプの存在の完全な対称は、ライト十分な時間を決して繊維の行動中心域に達することができる反映しなかった従って、繊維の中心によって吸収されることは不可能でしたり従ってまだより長い繊維は使用されても、そこに変換効率を改善することを困難にする多くの軽い漏出である。従って、内部のクラッディングの円柱対称的な構造は破壊されなければならない。
光通信の水晶繊維
共通のdouble-clad繊維では、出力レーザー力は中心の幾何学的なサイズによって定められる。開口数は出力レーザーのビーム質を定める。繊維の非線形効果、光学損傷および他の物理的なメカニズムの限定が原因で、棒径を高める単一方法は高い発電の出力で大きいモード分野とdouble-clad繊維の単モード操作の必要性を満たすことができない。特別な光ファイバーの出現は、光通信の水晶繊維（PCF）のような、この問題を解決する有効な技術的な方法を提供する。
光通信の水晶の概念はE. Yablonovitch 「1987年に1によって最初に提案された、1D、第2または3Dスペースの異なった比誘電率のすなわち、誘電材料は軽い伝播を可能にする光通信の伝導帯（PBG）および軽い伝播を防ぐ光通信のバンド ギャップ（PBG）が発生する光学波長の順序の周期的な構造で構成される。異なった媒体の整理および配分の期間の変更によって特定の機能を達成するために、光通信の水晶特性の多くの変更はもたらすことができる。PCFは二次元の光通信の水晶、別名微細構造繊維または多孔性繊維である。1996年に、J.C.Knightは等軽い伝導のメカニズムが従来の光ファイバーの総内面反射に類似していた最初のPCFを開発した。ライトを導くのに光通信のbandgapの主義を使用する最初のPCFは1998年に生まれた。2005年後で、大きモード分野PCFの設計および準備方法は多様化し始め構造のさまざまな形は漏出チャネルPCF、rod-shaped PCF、大き間隔PCFおよびマルチコアPCFを含んで、現われた。繊維のモード分野の区域はまた高められる。
出現では、PCFは従来の単モード繊維に非常に類似しているが、微細構造の複雑な気孔の配列の構造を表わす。PCFの独特な、無類の利点を、締切り単モード伝達のような、大きいモード分野区域、分散および低い制限損失の性能与えないのはこれらの構造特徴、従来のレーザーの多くの難しさを克服できるである。例えば、PCFは大きいモード分野区域の下でビーム質を保障している間単モード操作を達成し、かなり繊維のレーザーの出力密度を減らし、繊維の非線形効果を減らすことができ繊維の損傷閾値を改良する。大きい開口数を達成することができるポンプ光学カップリングおよび高い発電レーザーの出力を達成することができることを意味する。PCFのこれらの利点によりPCFに高い発電繊維のレーザーの適用の新しい研究のハイライトになり、ますます重要な役割を担わせる世界の一連の研究の盛り上りを引き起こした。
繊維レーザーの発明
レーザーの利益媒体が繊維レーザーと呼ばれるように繊維が付いているレーザー。他のタイプのレーザーのように、それは3部で構成される:利益媒体、ポンプ源および共鳴器。繊維のレーザーは利益媒体として希土類元素と添加される活動的な繊維を使用する。通常、半導体のレーザーはポンプ源として使用される。共鳴器は通常反射器、繊維の端の表面、繊維リング ミラーまたは繊維の格子で構成される。
繊維レーザーの時間領域の特徴に従って、それは連続的な繊維レーザーおよび脈打った繊維レーザーに分けることができる。別の共鳴器の構造に従って、それは線形キャビティ繊維レーザーに分けることができたり分散形フィードバック繊維レーザーおよびリング キャビティ繊維レーザーを。利益繊維およびポンプ モードによって、それらは単一で被覆された繊維のレーザー（ポンプでくむ中心）およびdouble-clad繊維のレーザー（ポンプでくむクラッディング）に分けることができる。
1961年に、Snitzerはネオジム添加された（Nd）ガラス導波管のレーザー放射を発見した。1966年に、チャールズKaoは光ファイバーの光減衰の主要な原因の詳しい調査をし、コミュニケーション[5]の光ファイバーの実用化のために解決するべき主要な技術的な問題を指摘した。1970年に、コーニングは減少と光ファイバーより少しを光通信および光電子工学の技術工業[5]の開発の基盤を築くより20 dB/km開発した。この技術の躍進はまた繊維のレーザーの開発を非常に促進した。70年代および80年代では、半導体のレーザー技術の成熟そして商業化は繊維のレーザーの開発に信頼でき、多様なポンプ源を提供した。同時に、化学気相堆積の開発は光ファイバーの動作減衰量を減らす。繊維のレーザーはまた多様化の方に急速に成長している。繊維はエルビウム（Er3+）、イッテルビウム（Yb3+）、ネオジム（Nd3+）、サマリウム（Sm 3+）、ツリウム（Tm3+）、ホルミウム（Ho3+）、プラセオジム（Pr3+）、ジスプロシウム（Dy3+）、ビスマス（Bi3+）、等のような多くの希土類元素と添加されるイオンによって、レーザーの出力の異なった波長達成することができる添加される。大会の異なったアプリケ−ション使用要件。
高い発電繊維のレーザーの特徴
高い発電繊維のレーザーの利点は次の通り示されている。
（1）よいビーム質。繊維の導波管の構造は繊維レーザーが単一の横断モード出力を得て容易である高い明るさレーザーの出力を達成できる外的な要因の影響は小さいことを定め。
（2）高性能。光ファイバーレーザーはポンプ源として添加された希土類元素の一致の放出波長および吸収の特徴の半導体レーザーの選択によって高いライトにライト変換効率を達成できる。イッテルビウム添加された強力な繊維のレーザーのために、915のnmまたは975のnmの半導体のレーザーは一般に選ばれる。癒やすYb3+、upconversion、刺激州の吸収および集中の簡単なエネルギー準位の構造が原因でまれに起こらなければ、長い蛍光性の寿命、YB3は+効果的に強力な操作を達成するためにエネルギーを貯えることができる。商業繊維のレーザーの全面的な電気光学の効率は費用、省エネおよび環境保護の減少を促す25%までである。
（3）よい熱放散の特徴。繊維レーザーは容積の比率に非常に大きい表面積があるレーザーの利益媒体として細いrare-earth要素を添加した繊維を使用する。熱放散で固体大きさレーザーの、自然な利点があるのは約1000回であり。中型および低い電力の場合には、繊維の特別な冷却のための必要性がないし、高い発電の場合には、水冷はまた効果的にソリッド ステート レーザーでよく見られる熱効果によって引き起こされるビーム質および効率の低下を避けることができる熱放散のために使用される。
（4）密集した構造、高い信頼性。繊維レーザーはレーザーの利益媒体として小さく、柔らかい繊維を使用するので、容積を圧縮し、費用を救うことは有利である。ポンプ源はまたこれらの装置はすべてのpacktized実現することができる環境外乱の能力に免疫がある高く、あり非常に安定性が高いのが、そして維持の時そして費用を救うことができる溶接している限り、であるモジュラー半導体レーザーに容易な小さい容積商品一般にBraggの光ファイバーの格子と、packtized装置結合されるである使用される尾繊維の出力場合もある。
高い発電繊維のレーザーはまた克服しにくいある不利な点を備えている。最初に、それらは非線形効果によって容易に制限される。導波管の幾何学的な構造のために、繊維レーザーの有効な長さは長く、さまざまな非線形効果の境界は低い。ある有害な非線形効果、ラマン刺激された分散（SRS）および自己段階調節（SPM）のような、スペクトルの原因段階の変動、エネルギー移動、および強力な繊維のレーザーの開発を限るレーザー システムへの損傷。第2は光子の暗くなる効果である。ポンプ時間の増加によって、光子の暗くなる効果はrare-earth要素の力の変換効率の単調に不可逆減少を添加した強力な繊維レーザーの長期にわたる安定性そして耐用年数を制限するイッテルビウム添加された強力な繊維レーザーの繊維を特にもたらす。
高明るさの開発によって半導体のレーザーを繊維つなぎ、強力な繊維のレーザーのdouble-clad繊維の技術、出力電力の、opto光学変換効率およびビーム質は非常に改善された。産業処理のための巨大な要求によって運転されて、エネルギー武器、長距離の遠隔測定工学、lidarを指示し、他の適用、アパッシュPhotonics （IPG）、Nufern （Nlight）およびドイツのトランサムのグループはCWおよび脈打波強力な繊維のレーザーの主要な研究開発の単位で、豊富な製品種目を進水させた。刺激的な結果はまた光学の清華大学によって、中国人民解放軍国防科学技術大学、上海の協会および中国科学院の下の良い機械工および中国の航空宇宙科学およびIndustry Corporationの第4アカデミー報告された。
繊維レーザー力の後押しの技術
繊維レーザーの非線形効果、熱効果および物質的な損傷閾値の限定が原因で、単一繊維レーザーの出力電力はある程度は限られ、力の増加と、ビーム質は次第に減る。モード制御技術を使用し、ビーム質を改善するように特別な構造が付いている繊維の新型を設計することは必要である。J.w.ドーソンは等[6]論理上単一繊維の出力電力限界を分析し、単一繊維が得ることができることほぼ回折の限界レーザー計算される狭輝線幅繊維レーザーのためにワイドバンド繊維レーザーの36のkWの最高力と、間、最高力である2つのkW出力する。更に繊維レーザーおよびアンプの出力電力を改善するために、それは凝集性の統合の技術によって多数繊維のレーザーの力を総合する有効な方法である。それは近年国際的な研究のホットスポットになってしまった。