สำหรับเลเซอร์แบบใดๆก็ตาม ไฟเบอร์เลเซอร์ใช้หลักการของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่กระตุ้นด้วยไฟฟ้า ไฟเบอร์เลเซอร์ส่วนใหญ่ทำขึ้นจากการต่อกันของส่วนประกอบที่เชื่อมต่อด้วยสายไฟเบอร์ออฟติก ที่เกี่ยวข้องกับส่วนประกอบต่างๆ ที่เรียกว่า "เส้นใยพาสซีฟ" ในทางตรงกันข้ามไฟเบอร์เลเซอร์มีหัวใจหลักที่ตรงการขยายสัญญาณตัวกลาง ในขณะที่เส้นใยที่เป็นหัวใจของสื่อขยายสัญญาณนั้น เรียกว่า "เส้นใยแอกทีฟ" เนื่องจากถูกเจือปนด้วยส่วนประกอบธาตุแรร์เอิร์ธ (เช่นเออร์เบียม อิตเทอร์เบียมหรือทูเลียม) ซึ่งทำหน้าที่กระตุ้นการปล่อยพลังงาน โดยเปลี่ยนกำลังปัมป์ไดโอดเลเซอร์ให้เป็นกำลังเลเซอร์ ความยาวคลื่นที่ปัมป์ขึ้นมา สำหรับ Ytterbium (Yb3+) หรือ Erbium (Er3+) โดยทั่วไปคือ 915nm หรือ 976nm ในขณะที่ความยาวคลื่นการแผ่รังสีของ Er3+ อยู่ที่ประมาณ 1.5μm และ Yb3+ ระหว่าง 1030-1100nm เพื่อนำไปให้ในการแกะสลักลงบนพื้นผิววัตถุ

คำตอบแบบสั้น ๆ

แหล่งกำเนิดไฟเบอร์เลเซอร์สร้างลำแสงเลเซอร์โดยใช้ปั๊มป์ความเข้มข้นสูง โดยที่ไฟไดโอดที่ปลายสายไฟเบอร์ออปติกที่เจือด้วยอิตเทอร์เบียม {ytterbium} พลังงานจากแสงไดโอดถูกดูดซับด้วยอิตเทอร์เบียม ในสายไฟเบอร์ออปติก อิตเทอร์เบียม จะปล่อยพลังงานออกมาในรูปแบบของโฟตอนที่เคลื่อนที่ไปตามสายเคเบิลออปติก โฟตอนที่ถูกปล่อยโดยสายใยแก้วนำแสงสร้างลำแสงเลเซอร์ ความยาวคลื่นของแสงที่ถูกสร้างขึ้นจากไฟเบอร์เลเซอร์อยูที่ 1062 นาโนเมตร {nm.}

คำตอบแบบยาว ๆ

แหล่งกำเนิดไฟเบอร์เลเซอร์สร้างแสงเลเซอร์โดยปั๊มไดโอดแบบความเข้มข้นสูง นำแสงเข้าสู่สายเคเบิลใยแก้วนำแสง ที่เจือด้วยธาตุแรร์เอิร์ธ อิตเทอร์เบียม (Yb3+) ซึ่งเรียกว่าสื่อหรือแกนกลาง เนื่องจากพลังงานแสงไดโอดนี้เดินทางเข้าสู่สายเคเบิลใยแก้วนำแสง มันทำให้พลังงานอิเล็กตรอนในอิตเทอร์เบียมและอิตเทอร์เบียม อิเล็กตรอนจากสถานะพื้นฐาน หรือสภาวะคงตัว เป็นสภาวะตื่นตัว โดยพื้นฐานแล้ว สิ่งที่เกิดขึ้นในขั้นตอนแรกนี้ คืออิเล็กตรอนในตัวกลางถูกดูดซับและกักเก็บพลังงานที่มาจากแหล่งพลังงานภายนอก (ไดโอด) ในไฟเบอร์เลเซอร์ (และส่วนใหญ่ YAG เลเซอร์ในปัจจุบันและเลเซอร์ YVO) แหล่งพลังงานภายนอกคือเลเซอร์ไดโอด อิเล็กตรอนในตัวกลางจะไม่ต้องการเก็บพลังงานจากภายนอก พลังงานที่ถูกดูดซับไว้จึงถูกปล่อยเป็นพลังงานพิเศษออกมา โดยปลดปล่อยโฟตอน (ผ่านท่อทางควอนตัมของแสง) เมื่อโฟตอนถูกปล่อยออกมานั้น อิเล็กตรอนหนึ่งตัวในตัวกลางจะกระตุ้นอิเล็กตรอนตัวอื่นๆ ที่ถูกกระตุ้นโดยยังคงปล่อยโฟตอนออกมา ทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ถูกดูดซับและการปล่อยพลังงานอยู่ในอัตราคงที่ โฟตอนเดินทางผ่านใยแก้วนำแสงและบางส่วนถูกปล่อยออกทางปลายเส้นใยแก้วนำแสง เช่นลำแสงเลเซอร์ โดยการปั๊มป์พลังงานเข้าสู่ตัวกลางอย่างต่อเนื่อง ตัวกลางนั้นจะพยายามปลดปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมา โดยการปล่อยโฟตอน ประเภทของสื่อกลาง นั้นสำคัญเพราะสื่อกลางต่างๆ จะดูดซับพลังงานประเภทต่างๆ เอาไว้ (เช่น ตัวกลางของก๊าซ CO2 จะไม่ดูดซับพลังงานจาก ไดโอดในลักษณะที่จะทำให้ก๊าซ CO2 อ่อนตัวลง) สื่อกลางต่างๆ ยังปล่อยความยาวคลื่นที่แตกต่างกันของโฟตอน และด้วยเหตุนี้เองจึงทำให้เกิดความแตกต่างของคุณสมบัติของเลเซอร์ตามความยาวคลื่นต่างๆกันออกไป

ทุกวันนี้ ความก้าวหน้าที่สำคัญในเทคโนโลยีไฟเบอร์เลเซอร์ยังคงมีอยู่ ทำให้มีประสิทธิภาพ ทรงพลัง และเข้าถึงได้มากขึ้น แอปพลิเคชั่นที่จะเกิดขึ้นเร็วๆ นี้ ได้แก่ การทำความสะอาดวัตถุด้วยเลเซอร์และการสร้างพื้นผิวด้วยเลเซอร์ ซึ่งสามารถแทนที่เทคโนโลยีที่สร้างมลภาวะและช่วยให้โลกเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้น ต้องขอบคุณ ผู้ที่มีส่วนร่วมในการปลักดันและต่อยอดกำเนิดทฤษฎีคนสำคัญ ที่เวลาต่อมามีสำคัญในประวัติศาสตร์ของเทคโนโลยีไฟเบอร์เลเซอร์ ย้อนกลับไปใน ปี 1917 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ ได้ก่อตั้งรากฐานของฟิสิกส์ที่แข็งแรง ด้วยทฤษฎี Theory of light ที่พัฒนาต่อยอดจาก Heinrich Rudolf Hertz ที่มีชื่อว่า Photoelectric effect (ค.ศ.1887) ในปี ค.ศ. 1905 และอีกคนผู้ซึ่งปลักดันวงการไฟเบอร์เลเซอร์อย่างจริงจัง คือ Elias Snitzer ได้เป็นผู้คิดค้นไฟเบอร์เลเซอร์ ในปี 1961 และทำการสาธิตการใช้งานในปี 1963 อย่างไรก็ตาม การใช้งานเชิงพาณิชย์ที่จริงจังเกิดขึ้นในช่วงปี 1990 และหลังจากนั้นเป็นต้นมา

ทำไมมันใช้เวลานานขนาดนั้น? เหตุผลหลักคือ เทคโนโลยีไฟเบอร์เลเซอร์ยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น ตัวอย่างเช่น ไฟเบอร์เลเซอร์สามารถปล่อยพลังงานได้เพียงไม่กี่สิบมิลลิวัตต์ ในขณะที่การใช้งานส่วนใหญ่ต้องการอย่างน้อย 20 วัตต์ นอกจากนี้ยังไม่มีวิธีสร้างไฟปั๊มคุณภาพสูง เนื่องจากเลเซอร์ไดโอดทำงานได้ไม่ดีเท่ากับในปัจจุบัน ลองมาศึกษาประวัติความเป็นมาและภูมิหลังของการก่อกำเนิดเทคโนโลยีลำแสงเลเซอร์ แบ่งตามช่วงเวลาดังนี้

ที่มาของบทความ Credit : laserax