¿Por qué los diodos láser de fibra de alta potencia no pueden usar fibra de modo único?

Con los avances continuos en alta potencia continualáser de fibraLa tecnología, la tecnología láser de fibra se ha utilizado ampliamente en procesamiento industrial, tratamiento médico, aeroespacial y otros campos.

En la búsqueda de una mayor potencia de salida, los diodos láser de fibra de alta potencia son incompatibles con fibras ópticas de modo único. Debido a que el diámetro del núcleo de las fibras ópticas de modo único es pequeño y la abertura numérica es limitada, es difícil acoplar y transmitir de manera eficiente las señales ópticas de alta energía generadas por los diodos de fibra de fibra de alta potencia, lo que resulta en la pérdida y la distorsión de las señales ópticas durante la transmisión, lo que restringirá seriamente el rendimiento general y el efecto de la aplicación de los sistemas láser de fibra.

Características de los diodos láser de fibra de alta potencia:
Principio de trabajo:El láser se genera en función del principio de radiación estimulado de los diodos semiconductores, y la luz se transmite y se amplifica a través de estructuras de fibra óptica. Bajo la acción de la fuente de la bomba, las partículas en el material de trabajo se excitan a un alto nivel de energía, formando una distribución de inversión de número de partículas, realizando así la amplificación de la luz y la producción de láseres de longitudes de onda específicas y potencias a través de la selección de modo de la cavidad resonante.
Características de potencia:Por lo general, tiene una potencia de salida relativamente alta, que puede satisfacer las necesidades de algunos escenarios que requieren una alta producción de energía, como el procesamiento de materiales, los campos médicos y otros campos. Por ejemplo, los láseres de fibra de clase kilovatia ya son relativamente comunes y pueden usarse para cortar, soldar y otros procesos en la fabricación industrial a gran escala.
Calidad del rayo:En general, tiene buena calidad de haz. Su haz de salida es principalmente modo transversal fundamental o modo de bajo orden, con alto brillo y bajo ángulo de divergencia. Esto le permite obtener un tamaño de punto más pequeño y una mayor densidad de potencia después del enfoque, lo cual es beneficioso para mejorar la precisión y eficiencia del procesamiento. Sin embargo, todavía hay diferencias en comparación con los requisitos de la fibra de modo único para la calidad del haz. La fibra de modo único requiere una calidad de haz más alta y un tamaño de punto más pequeño, y el láser generado por el diodo láser de fibra de alta potencia puede tener ciertas dificultades cuando se acoplan en fibra de modo único, lo que requiere un diseño y optimización especial del sistema óptico.

Características de fibra de modo único:
Estructura y principio:Consiste en un núcleo, revestimiento y recubrimiento. La luz se propaga axialmente en el núcleo de manera total de reflexión, y solo puede transmitir un modo de luz. Su diámetro de núcleo máximo es generalmente de 9 μm o 10 μm, y el diámetro del revestimiento es de aproximadamente 125 μm. Debido a que el diámetro del núcleo es pequeño y cerca de la longitud de onda de la luz, la luz solo puede propagarse a lo largo de la dirección axial del núcleo al propagarse en él, evitando la dispersión del modo, asegurando así una mayor calidad de transmisión.
Ventajas:
Baja pérdida:La pérdida de transmisión de la fibra óptica de modo único es relativamente pequeña, generalmente entre 0. 2db/km y 0. 4dB/km, que permite que la señal se transmitiera a una distancia más larga en la fibra óptica sin demasiado amplificación de relé, y puede soportar distancias de transmisión de hasta 80 kilómetros o incluso más.
Pequeña dispersión:Debido a que solo se puede transmitir un modo de luz, no hay dispersión entre modo, y la dispersión total es pequeña. A una longitud de onda de 1.31 μm, la dispersión del material y la dispersión de la guía de onda de la fibra óptica de modo único son positivos y negativos, y los tamaños son exactamente iguales, lo que hace que la región de longitud de onda de 1.31 μm sea una ventana de trabajo ideal para la comunicación de fibra óptica, que puede lograr la transmisión de datos de alta velocidad.
Alta fiabilidad:Tiene buena durabilidad y resistencia a la corrosión, no se ve afectado por los factores químicos u otros factores ambientales, puede mantener una cierta calidad de transmisión durante mucho tiempo y es adecuado para la comunicación de datos a larga distancia.
Fuerte capacidad anti-interferencia: dado que el diseño de fibra óptica de modo único cumple con el modo óptico de transmisión única, puede reducir efectivamente la dispersión de la luz, por lo que no se ve fácilmente afectado por la interferencia electromagnética del mundo exterior, y es adecuado para la comunicación de datos de larga distancia.

Existen principalmente las siguientes razones por las cuales los diodos láser de fibra de alta potencia no pueden usar fibras ópticas de modo único:
Desajuste del modo:
La salida de luz por los diodos láser de fibra de alta potencia puede contener múltiples modos, mientras que las fibras ópticas de modo único solo pueden transmitir un modo de luz. Cuando las señales ópticas de modo múltiple ingresan a fibras ópticas de modo único, se producirán problemas como la conversión de modo y la baja eficiencia de acoplamiento, lo que resulta en una mayor pérdida de señales ópticas durante la transmisión, lo que afecta el rendimiento de la transmisión. Por ejemplo, los diodos láser de modo múltiple pueden estar bien acoplados con fibras ópticas de modo múltiple porque ambos admiten múltiples modos de transmisión de luz, pero los diodos láser de fibra de alta potencia y las fibras ópticas de modo único son difíciles de lograr un acoplamiento eficiente.
Diferencia del tamaño de la mancha:
El tamaño de la superficie emisora ​​de luz de los diodos láser de fibra de alta potencia suele ser grande, mientras que el tamaño del núcleo de las fibras ópticas de modo único es pequeño, generalmente unos pocos micras. Esto hace que sea difícil acoplar efectivamente la luz en el núcleo de las fibras ópticas de modo único, lo que resulta en grandes pérdidas de acoplamiento. En algunas aplicaciones prácticas, debido a la diferencia en el tamaño de la mancha, se pueden requerir sistemas ópticos complejos para ajustar el tamaño de la mancha para acomodar fibras ópticas de modo único, pero esto aumentará el costo y la complejidad del sistema.
Aberración y calidad del rayo:
Aunque los diodos láser de fibra de alta potencia tienen una cierta calidad de haz, todavía hay una brecha con la calidad del haz de baja precisión y baja ausencia requerida por las fibras ópticas de modo único. Las aberraciones pueden causar problemas como la distorsión de fase cuando la luz se transmite en fibras ópticas, lo que afecta aún más el efecto de transmisión. En los sistemas de comunicación de alta precisión, las aberraciones pueden causar distorsión de la señal y reducir la calidad de la comunicación.

Soluciones y sugerencias de aplicaciones
Use fibra óptica multimodo:Para los diodos láser de fibra de alta potencia, se puede seleccionar una fibra óptica multimodo coincidente para la transmisión de la luz para mejorar la eficiencia del acoplamiento y el rendimiento de la transmisión.
Selección de escenarios de aplicación:De acuerdo con los requisitos de aplicación específicos, sopese la necesidad de usar diodos láser de fibra de alta potencia y fibras ópticas de modo único. En algunos escenarios de aplicación en los que los requisitos de potencia no son particularmente altos, pero la distancia de transmisión y los requisitos de ancho de banda son altos, otros tipos de fuentes de luz pueden considerarse en combinación con fibras ópticas de modo único.

Los diodos láser de fibra de alta potencia no pueden usar fibras ópticas de modo único, principalmente debido a problemas como el desajuste del modo, las diferencias de tamaño de mancha y la calidad del haz inconsistente. En aplicaciones prácticas, para lograr el mejor rendimiento de la transmisión y el efecto de la aplicación, el tipo de fibra y la combinación de fuente de luz deben seleccionarse razonablemente de acuerdo con las necesidades específicas.

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