Słowo LASER oznacza wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania, a pierwszy laser został skonstruowany w 1960 roku przez Theodore'a H. Maimana, amerykańskiego inżyniera i fizyka, który otrzymał wiele nagród za swój wynalazek. Jednak to Elias Snitzer w 1961 roku zademonstrował pierwszy fiber i fiber . Od tego czasu technologia fiber ewoluowała, obejmując różnorodne zastosowania w wielu dziedzinach, w tym w przemyśle, medycynie i telekomunikacji.
Po pierwsze, diody laserowe zasilane z źródła energii przekształcają energię elektryczną w fotony. Zasadniczo wytwarzają one światło, które jest następnie pompowane do kabla fiber.
Jednak bez kontroli za pomocą specjalnego mechanizmu światło rozchodzi się we wszystkich kierunkach, a wiemy już, jak wąska i skupiona jest wiązka lasera. Dojdziemy do tego, ale najpierw musimy zrozumieć, w jaki sposób światło przemieszcza się przez kabel fiber .
Rdzeń jest przewodnikiem, przez który przepływa światło. Jest wykonany ze szkła krzemionkowego i pokryty pierwiastkami ziem rzadkich (w tym przypadku iterbem) oraz charakteryzuje się wysokim współczynnikiem załamania światła.
Powłoka to warstwa otaczająca rdzeń o niskim współczynniku załamania światła.
Powłoka jest grubszą warstwą tworzywa sztucznego, która działa jak bufor, amortyzując wstrząsy i zapobiegając wyginaniu się rdzenia.
Kiedy myślisz o załamaniu światła, zazwyczaj wyobrażasz sobie światło wpadające z powietrza do szkła lub wody i zmieniające swój kąt. Dzieje się tak, ponieważ zarówno szkło, jak i woda są gęstsze od powietrza i mają wyższy współczynnik załamania światła, więc światło porusza się wolniej, przechodząc przez nie. Ta zmiana prędkości powoduje zmianę kąta. Kiedy światło opuszcza gęstsze medium i ponownie trafia do powietrza, nabiera prędkości, a kąt powraca do pierwotnego stopnia, jak widać na obrazku:
Co zatem ma wspólnego załamanie światła z naszym kablem fiber ? Nie chcemy, aby światło przechodziło przez płaszcz i wychodziło pod innym kątem. Chcemy, aby pozostało wewnątrz rdzenia.
W tym miejscu musimy zagłębić się nieco w fizykę. Zgodnie z prawem załamania światła (prawem Snella) istnieje coś, co nazywa się „kątem krytycznym”. Kąt krytyczny to największy kąt padania, przy którym załamanie światła może nadal występować w danym ośrodku. Światło załamuje się więc tylko wtedy, gdy kąt padania (kąt, pod którym światło pada na powłokę) jest mniejszy od kąta krytycznego.
Jeśli kąt padania przekroczy kąt krytyczny, promień światła ulegnie takiemu załamaniu, że wystąpi zjawisko zwane „całkowitym wewnętrznym odbiciem”. Całkowite wewnętrzne odbicie oznacza, że światło odbija się z powrotem do pierwszego ośrodka (rdzenia), co jest dokładnie tym, czego potrzebujemy. Obraz 4 na poniższym schemacie przedstawia całkowite wewnętrzne odbicie:
Bez powłoki światło rozchodziło się we wszystkich kierunkach i opuszczało rdzeń. Dzięki niskiemu współczynnikowi załamania światła powłoki, wysokiemu współczynnikowi załamania światła rdzenia oraz wąskiej średnicy kabla światło pada na powłokę pod kątem większym niż kąt krytyczny i odbija się wielokrotnie, przemieszczając się w ten sposób przez fiber.
Aby wygenerować tę ultra-skupioną wiązkę, z której słyną lasery, potrzebna jest soczewka kolimacyjna. Kolimacja to proces wyrównywania światła tak, aby jego promienie były równoległe i miały minimalne rozproszenie. W zależności od soczewki, kolimowana wiązka może być skalibrowana do określonej średnicy i skupiona w określonym punkcie. Ta super skupiona wiązka wychodzi następnie z fiber otwartą przestrzeń i styka się z blachą, tnąc ją z wyjątkową dokładnością.
Każdy rodzaj fiber generuje wiązkę o jednej określonej długości fali, zależnej od pierwiastka domieszki rdzenia. Z tego powodu widzialne światło lasera jest monochromatyczne i może mieć barwę niebieską, zieloną lub czerwoną. Jednak fiber domieszkowane iterbem, takie jak te używane do cięcia metalu, generują długość fali między 1000 a 1100 nanometrów, co sprawia, że są one bliskie podczerwieni i dlatego niewidoczne dla ludzkiego oka. Tak więc podczas cięcia metalu fiber jedyne światło, które widzi oko, to światło iskier powstających w wyniku kontaktu lasera z metalem.
