Pourquoi les diodes laser à fibre haute puissance ne peuvent-elles pas utiliser de fibres monomcoles?

Avec les percées continues en haute puissance continuelaser en fibreTechnologie, la technologie laser en fibre a été largement utilisée dans la transformation industrielle, le traitement médical, l'aérospatiale et d'autres domaines.

Dans la poursuite d'une puissance plus élevée, les diodes laser à fibre haute puissance sont incompatibles avec des fibres optiques monomcoles. Étant donné que le diamètre central des fibres optiques monomode est petit et que l'ouverture numérique est limitée, il est difficile de coupler et de transmettre efficacement les signaux optiques à haute énergie générés par les diodes laser à fibre haute puissance, entraînant une perte et une distorsion des signaux optiques pendant la transmission, ce qui restreindra sérieusement les performances globales et l'application des systèmes laser de fibres.

Caractéristiques des diodes laser à fibre haute puissance:
Principe de travail:Le laser est généré sur la base du principe de rayonnement stimulé des diodes semi-conducteurs, et la lumière est transmise et amplifiée par des structures de fibres optiques. Sous l'action de la source de la pompe, les particules du matériau de travail sont excitées à un niveau d'énergie élevé, formant une distribution d'inversion du nombre de particules, réalisant ainsi l'amplification lumineuse et la sortie des lasers de longueurs d'onde et de puissance spécifiques à travers la sélection de mode de la cavité résonante.
Caractéristiques de puissance:Ont généralement une puissance de sortie relativement élevée, qui peut répondre aux besoins de certains scénarios qui nécessitent une production d'énergie élevée, tels que le traitement des matériaux, les domaines médicaux et autres. Par exemple, les lasers de fibres de classe kilowatt sont déjà relativement courants et peuvent être utilisés pour la coupe, le soudage et d'autres processus dans la fabrication industrielle à grande échelle.
Qualité du faisceau:Généralement, il a une bonne qualité de faisceau. Son faisceau de sortie est principalement en mode transversal fondamental ou en mode d'ordre de faible ordre, avec une luminosité élevée et une faible divergence. Cela lui permet d'obtenir une taille de spot plus petite et une densité de puissance plus élevée après la concentration, ce qui est bénéfique pour améliorer la précision et l'efficacité de traitement. Cependant, il existe encore des différences par rapport aux exigences de fibre monomode pour la qualité du faisceau. La fibre monomode nécessite une qualité de faisceau plus élevée et une taille de tache plus petite, et le laser généré par la diode laser à fibre haute puissance peut avoir certaines difficultés lorsqu'il est couplé en fibre monomode, nécessitant une conception et une optimisation spéciales du système optique.

Caractéristiques des fibres monomcoles:
Structure et principe:Il se compose d'un noyau, d'un revêtement et d'un revêtement. La lumière se propage axialement dans le noyau d'une manière totale de réflexion et ne peut transmettre qu'un seul mode de lumière. Son diamètre de noyau maximal est généralement de 9 μm ou 10 μm, et le diamètre du revêtement est d'environ 125 μm. Étant donné que le diamètre du noyau est petit et proche de la longueur d'onde de la lumière, la lumière ne peut se propager que le long de la direction axiale du noyau lors de la propagation, en évitant la dispersion du mode, assurant ainsi une qualité de transmission plus élevée.
Avantages:
Perte faible:La perte de transmission de fibre optique monomode est relativement faible, généralement entre 0. 2db / km et 0. 4db / km, ce qui permet au signal d'être transmis sur une distance plus longue dans la fibre optique sans trop d'amplification de relais, et peut prendre en charge les distances de transmission jusqu'à 80 kilomètres ou même plus.
Petite dispersion:Étant donné qu'un seul mode de lumière peut être transmis, il n'y a pas de dispersion inter-mode et la dispersion totale est faible. À une longueur d'onde de 1,31 μm, la dispersion des matériaux et la dispersion de guide d'onde de fibre optique monomode sont positives et négatives, et les tailles sont exactement égales, faisant de la région de longueur d'onde de 1,31 μm une fenêtre de travail idéale pour la communication de fibres optiques, ce qui peut atteindre une transmission de données à grande vitesse.
Fiabilité élevée:Il a une bonne durabilité et une bonne résistance à la corrosion, n'est pas affecté par des facteurs chimiques ou d'autres facteurs environnementaux, peut maintenir une certaine qualité de transmission pendant une longue période et convient à la communication de données à longue distance.
Capacité anti-interférence forte: Étant donné que la conception de fibres optiques monomode répond au mode de transmission optique unique, il peut réduire efficacement la diffusion de la lumière, il n'est donc pas facilement affecté par les interférences électromagnétiques du monde extérieur et convient à la communication de données à longue distance.

Il existe principalement les raisons suivantes pour lesquelles les diodes laser à fibre haute puissance ne peuvent pas utiliser les fibres optiques monomodes:
Déliachance de mode:
La sortie lumineuse par les diodes laser à fibre haute puissance peut contenir plusieurs modes, tandis que les fibres optiques monomcoles ne peuvent transmettre qu'un seul mode de lumière. Lorsque les signaux optiques multimode entrent des fibres optiques monomcoles, des problèmes tels que la conversion de mode et une faible efficacité de couplage se produiront, entraînant une perte accrue de signaux optiques pendant la transmission, affectant les performances de transmission. Par exemple, les diodes laser multimode peuvent être bien couplées avec des fibres optiques multimode car les deux prennent en charge plusieurs modes de transmission de lumière, mais les diodes laser à fibre haute puissance et les fibres optiques monomcoles sont difficiles à réaliser un couplage efficace.
Différence de la taille du spot:
La taille de la surface émettant de la lumière des diodes laser à fibre haute puissance est généralement grande, tandis que la taille centrale des fibres optiques monomode est petite, généralement quelques microns. Cela rend difficile le coup d'assouplissement efficace dans le cœur des fibres optiques monomode, entraînant de grandes pertes de couplage. Dans certaines applications pratiques, en raison de la différence de taille du point, des systèmes optiques complexes peuvent être nécessaires pour ajuster la taille du spot pour s'adapter aux fibres optiques monomcoles, mais cela augmentera le coût et la complexité du système.
Aberration et qualité du faisceau:
Bien que les diodes laser à fibre haute puissance aient une certaine qualité de faisceau, il y a toujours un écart avec la qualité du faisceau à faible précision et à faible aberration requise par les fibres optiques monomcoles. Les aberrations peuvent provoquer des problèmes tels que la distorsion de phase lorsque la lumière est transmise dans les fibres optiques, affectant en outre l'effet de transmission. Dans les systèmes de communication de haute précision, les aberrations peuvent provoquer une distorsion du signal et réduire la qualité de la communication.

Solutions et suggestions d'application
Utilisez la fibre optique multimode:Pour les diodes laser à fibre haute puissance, une fibre optique multimode correspondante peut être sélectionnée pour la transmission légère pour améliorer l'efficacité de couplage et les performances de transmission.
Sélection du scénario d'application:Selon des exigences d'application spécifiques, pèse la nécessité d'utiliser des diodes laser à fibre haute puissance et des fibres optiques monomcoles. Dans certains scénarios d'application où les besoins en puissance ne sont pas particulièrement élevés, mais la distance de transmission et les exigences de bande passante sont élevées, d'autres types de sources lumineuses peuvent être considérées en combinaison avec des fibres optiques uniques.

Les diodes laser à fibre haute puissance ne peuvent pas utiliser les fibres optiques monomcoles, principalement en raison de problèmes tels que le décalage du mode, les différences de taille des taches et la qualité incohérente du faisceau. Dans les applications pratiques, afin d'obtenir les meilleures performances de transmission et effet d'application, le type de fibre et la combinaison de source lumineuse doivent être raisonnablement sélectionnés selon des besoins spécifiques.

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