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 raggiungimento dell'lasersoglia (il guadagno di luce nella cavità risonante deve essere maggiore della perdita). Il meccanismo di funzionamento dei laser a fibra monomodale si basa precisamente su questi principi fisici fondamentali e consente di ottimizzare le prestazioni grazie alla speciale struttura delle guide d'onda in fibra.
La radiazione stimolata e l'inversione di popolazione sono le basi fisiche per la 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 itterbio 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 innescherà la radiazione stimolata dello ione nello stato eccitato, generando nuovi fotoni della stessa frequenza, fase e direzione del fotone incidente, ottenendo così un'amplificazione ottica.
La caratteristica principale della modalità singolalaser a fibrarisiede nel diametro estremamente sottile 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 di campo elettromagnetico (ovvero il modo fondamentale LP₀₁ o HE₁₁), ovvero il modo singolo. Ciò elimina il problema della dispersione intermodale presente nelle fibre multimodali, ovvero il fenomeno di 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 conferisce al fascio di uscita 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 laser, che utilizzano fibre di vetro drogate con terre rare come mezzo di guadagno. Nell'ultimo decennio, i laser a fibra monomodale hanno occupato una quota sempre più importante nel mercato globale dei laser, grazie ai loro esclusivi vantaggi prestazionali. 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 prossima a 1, il che significa che il fascio può quasi raggiungere l'angolo di divergenza minimo teorico e il punto di messa a fuoco minimo. Questa caratteristica li rende insostituibili nei campi di elaborazione e misurazione che richiedono elevata precisione e basso impatto termico.
Data di pubblicazione: 19-11-2025