Il principio fondamentale dilaser a fibra monomodale
La generazione del laser richiede il soddisfacimento di tre condizioni di base: inversione di popolazione, una cavità risonante appropriata e il raggiungimento dellalasersoglia (il guadagno di luce nella cavità risonante deve essere maggiore della perdita). Il meccanismo di funzionamento dei laser a fibra monomodale si basa proprio su questi principi fisici fondamentali e raggiunge l'ottimizzazione delle prestazioni attraverso la particolare struttura delle guide d'onda in fibra.
La radiazione stimolata e l'inversione di popolazione sono alla base della generazione dei laser. Quando l'energia luminosa emessa dalla sorgente di pompaggio (solitamente un diodo laser a semiconduttore) viene iniettata nella fibra di guadagno drogata con ioni di terre rare (come ittrio Yb³⁺, erbio Er³⁺), gli ioni di terre rare assorbono energia e passano dallo stato fondamentale allo stato eccitato. Quando il numero di ioni nello stato eccitato supera quello nello stato fondamentale, si forma uno stato di inversione di popolazione. A questo punto, il fotone incidente innesca la radiazione stimolata dello ione nello stato eccitato, generando nuovi fotoni con la stessa frequenza, fase e direzione del fotone incidente, realizzando così l'amplificazione ottica.
La caratteristica principale della modalità singolalaser a fibraIl segreto sta nel diametro estremamente ridotto del loro nucleo (tipicamente 8-14 μm). Secondo la teoria dell'ottica ondulatoria, un nucleo così sottile può consentire la trasmissione stabile di un solo modo del campo elettromagnetico (ovvero, il modo fondamentale LP₀₁ o HE₁₁), cioè un singolo modo. Questo elimina il problema della dispersione intermodale presente nelle fibre multimodali, ossia il fenomeno dell'allargamento dell'impulso causato dalla propagazione di modi diversi a velocità diverse. Dal punto di vista delle caratteristiche di trasmissione, la differenza di percorso della luce che si propaga lungo la direzione assiale nelle fibre ottiche monomodali è estremamente piccola, il che fa sì che il fascio in uscita abbia una perfetta coerenza spaziale e una distribuzione energetica gaussiana, e il fattore di qualità del fascio M² può avvicinarsi a 1 (M²=1 per un fascio gaussiano ideale).
I laser a fibra sono rappresentanti eccezionali della terza generazionetecnologia laserche utilizzano fibre di vetro drogate con elementi delle terre rare come mezzo di guadagno. Nell'ultimo decennio, i laser a fibra monomodale hanno conquistato una quota sempre più importante nel mercato globale dei laser, grazie ai loro vantaggi prestazionali unici. Rispetto ai laser a fibra multimodale o ai tradizionali laser a stato solido, i laser a fibra monomodale possono generare un fascio gaussiano ideale con una qualità del fascio prossima a 1, il che significa che il fascio può quasi raggiungere l'angolo di divergenza minimo teorico e il punto focale minimo. Questa caratteristica li rende insostituibili nei settori della lavorazione e della misurazione che richiedono alta precisione e basso impatto termico.
Data di pubblicazione: 19 novembre 2025