ในเลเซอร์ไฟเบอร์กำลังสูงซึ่งมีความสำคัญในทางการแพทย์ อุตสาหกรรม และการประยุกต์ใช้ทางวิทยาศาสตร์ การออกแบบไฟเบอร์ แกนกลาง และ การหุ้ม มิติเป็นเครื่องมือสำคัญ พารามิเตอร์โครงสร้างเหล่านี้ควบคุมการจัดการพลังงาน คุณภาพของลำแสง ประสิทธิภาพ และประสิทธิภาพเชิงความร้อน ดูวิธีการได้ที่นี่

เส้นผ่านศูนย์กลางแกน: การจัดการพลังงานเทียบกับคุณภาพของลำแสง

เพิ่มเกณฑ์พลังงานและลดผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้น
การขยายแกนกลางของเส้นใยนำแสงจะช่วยลดความเข้มของแสง เพิ่มเกณฑ์ความเสียหาย และยับยั้งผลกระทบแบบไม่เชิงเส้น เช่น บริลลูอินที่ถูกกระตุ้นและการกระเจิงแบบรามาน ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการปรับขนาดพลังงาน เลเซอร์สมัยใหม่ใช้ประโยชน์จากแกนกลางขนาดใหญ่เพื่อผลักดันให้อยู่ในระดับกิโลวัตต์

การแลกเปลี่ยน: การแพร่กระจายแบบหลายโหมด
อย่างไรก็ตาม คอร์ที่ใหญ่กว่ามักจะรองรับหลายโหมด ทำให้คุณภาพของลำแสงลดลง ในทางกลับกัน เส้นใยโหมดเดียว โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางประมาณ 8–10 µm และหุ้มด้วยความหนา ~125 µm ช่วยรักษาโปรไฟล์คานให้สะอาด แม้ว่าจะมีกำลังไฟฟ้าที่จำกัดก็ตาม

การออกแบบผนัง: ประสิทธิภาพปั๊มและการจัดการความร้อน

เส้นใยหุ้มสองชั้นเพื่อการสูบน้ำที่มีประสิทธิภาพ
การใช้เลเซอร์กำลังสูง เส้นใยหุ้มสองชั้น , ที่ซึ่ง การหุ้มชั้นใน นำทางปั๊มแสง (จากแหล่งกำเนิดแสงที่มีความสว่างต่ำ) รอบแกนที่เจือปน สถาปัตยกรรมนี้ช่วยให้ปั๊มวัสดุหุ้มมีประสิทธิภาพ ทำให้ได้กำลังขับสูงในขณะที่ยังคงรักษาคุณภาพของลำแสงไว้ได้

รูปทรงของวัสดุหุ้มมีความสำคัญ
รูปทรงของแผ่นหุ้มด้านในที่ไม่ใช่รูปวงกลม (เช่น แบบออฟเซ็ตหรือสี่เหลี่ยมผืนผ้า) ช่วยเพิ่มการดูดซับของปั๊มโดยการนำแสงผ่านแกนกลางได้ทั่วถึงมากขึ้น แผ่นหุ้มแบบวงกลมมีแนวโน้มที่จะทำให้ปั๊มสูญเสียแสงโดยปล่อยให้แสงผ่านแกนกลางได้มาก

การแลกเปลี่ยนขนาดของวัสดุหุ้ม
วัสดุหุ้มที่มีขนาดใหญ่ขึ้นช่วยให้สามารถเชื่อมต่อกำลังสองของกำลังสองของกำลังสองของเส้นผ่านศูนย์กลางของวัสดุหุ้มได้ แต่ประสิทธิภาพการดูดซับจะลดลงตามกำลังสองของเส้นผ่านศูนย์กลางของวัสดุหุ้ม ซึ่งต้องใช้เส้นใยที่ยาวขึ้น ซึ่งอาจก่อให้เกิดผลกระทบแบบไม่เชิงเส้น นักออกแบบต้องสร้างสมดุลระหว่างข้อดีและข้อเสียนี้

การออกแบบไฟเบอร์ขั้นสูง: LMA และโครงสร้างเรียว

ไฟเบอร์โหมดพื้นที่ขนาดใหญ่ (LMA)
เส้นใย LMA เพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางในขณะที่ยังคงการทำงานแบบโหมดเดียว โดยการลดขนาดรูรับแสงเชิงตัวเลข หรือใช้เทคนิคการระงับโหมด (เช่น วิศวกรรมดัชนีหักเหแสงหรือการขดเกลียว) การออกแบบนี้ช่วยให้ได้กำลังส่งสูงพร้อมคุณภาพลำแสงที่จำกัดการเลี้ยวเบน

เส้นใยหุ้มสองชั้นเรียว (T-DCF)
โครงสร้าง T-DCF เคลื่อนตัวไปตามเส้นใยอย่างราบรื่นจากแกนกลางแคบไปยังปลายมัลติโหมดกว้าง แสงที่เข้ามาในโหมดเดียวที่ปลายแคบยังคงอยู่ในโหมดพื้นฐานแม้ที่ปลายกว้าง ผสานคุณภาพลำแสงสูงเข้ากับกำลังไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น

ตัวอย่างการสร้างสถิติ
ไฟเบอร์เรียวบางชนิดมีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนสูงสุดถึง 200 µm พร้อมรูรับแสงตัวเลข ~0.11 ช่วยให้ขยายพัลส์ 60 ps ที่มีพลังงานสูงสุดได้อย่างไม่มีความผิดเพี้ยน

สรุปโดยย่อ

Takeaway สุดท้าย

ปฏิสัมพันธ์อันละเอียดอ่อนระหว่างแกนกลางและขนาดวัสดุหุ้ม ผสานกับวิศวกรรมเชิงเรขาคณิตและดัชนีหักเหแสงอันชาญฉลาด ขับเคลื่อนวิวัฒนาการของเลเซอร์ไฟเบอร์ การออกแบบอย่างเส้นใย LMA และ T-DCF ช่วยให้เลเซอร์สามารถผลิตพลังงานที่เหนือชั้น พร้อมกับรักษาความบริสุทธิ์ของลำแสงไว้ได้ ปูทางไปสู่อุปกรณ์ทางการแพทย์ขั้นสูง เครื่องมือวัดความแม่นยำ และอื่นๆ อีกมากมาย