Dlaczego diody laserowe o dużej mocy nie mogą używać światłowodu z pojedynczym trybem?

Z ciągłym przełomem w ciągłymLaser światłowodowyTechnologia, technologia laserowa światłowodowa jest szeroko stosowana w przetwarzaniu przemysłowym, leczeniu, lotniczej i innych dziedzinach.

W dążeniu do wyższej mocy wyjściowej diody laserowe o dużej mocy są niezgodne z włóknami optycznymi jednomodowymi. Ponieważ średnica rdzenia włókien optycznych jest niewielka, a apertura numeryczna jest ograniczona, trudno jest skutecznie parować i przekazać wysokoenergetyczne sygnały optyczne generowane przez diody laserowe światłowodowe o dużej mocy, co powoduje utratę i zniekształcenie sygnałów optycznych podczas transmisji, co poważnie ograniczy efekt wydajności i zastosowania zastosowania systemów Laser Fibre.

Charakterystyka diod laserowych o dużej mocy:
Zasada pracy:Laser jest generowany na podstawie stymulowanej zasady promieniowania diod półprzewodników, a światło jest transmitowane i wzmacniane przez struktury światłowodowe. Zgodnie z działaniem źródła pompy cząstki w materiale roboczym są wzbudzone do wysokiego poziomu energii, tworząc rozkład inwersji liczby cząstek, realizując w ten sposób wzmocnienie światła i wysyłając lasery o określonych długościach fal i mocy poprzez wybór trybu wnęki rezonansowej.
Charakterystyka mocy:Zwykle mają stosunkowo wysoką moc wyjściową, która może zaspokoić potrzeby niektórych scenariuszy, które wymagają wysokiej energii, takich jak przetwarzanie materiałów, medyczne i inne dziedziny. Na przykład lasery światłowodowe klasy kilowatów są już stosunkowo powszechne i mogą być stosowane do cięcia, spawania i innych procesów w produkcji przemysłowej na dużą skalę.
Jakość wiązki:Zasadniczo ma dobrą jakość wiązki. Jego wiązka wyjściowa jest w większości fundamentalnym trybem poprzecznym lub trybem niskim rzędu, z wysoką jasnością i niskim kątem rozbieżności. Umożliwia to uzyskanie mniejszej wielkości plam i większej gęstości mocy po skupieniu, co jest korzystne dla poprawy dokładności i wydajności przetwarzania. Jednak nadal istnieją różnice w porównaniu z wymaganiami światłowodu jednomodowego dla jakości wiązki. Włókno jednoczesne wymaga wyższej jakości wiązki i mniejszego rozmiaru plam, a laser generowany przez diodę laserową o dużej mocy może mieć pewne trudności w połączeniu z włóknem jednomodowym, wymagając specjalnej konstrukcji i optymalizacji systemu optycznego.

Charakterystyka światłowodowa jednomodowych:
Struktura i zasada:Składa się z rdzenia, okładziny i powłoki. Światło propaguje się osiowo w rdzeniu w całkowitym odbiciu i może przesyłać tylko jeden tryb światła. Jego maksymalna średnica rdzenia wynosi na ogół 9 μm lub 10 μm, a średnica okładziny wynosi około 125 μm. Ponieważ średnica rdzenia jest niewielka i zbliżona do długości fali światła, światło może rozprzestrzeniać się wzdłuż osiowego kierunku rdzenia podczas rozprzestrzeniania się w nim, unikając dyspersji trybu, zapewniając w ten sposób wyższą jakość transmisji.
Zalety:
Niska strata:Utrata transmisji światłowodu jednomodowego jest stosunkowo niewielka, zwykle pomiędzy 0. 2db/km i 0. 4db/km, co pozwala przesyłać sygnał na dłuższą odległość w włóknie optycznym bez zbyt dużej amplifikacji przekaźnika i może wspierać odległości transmisji do 80 kuli, a nawet dłużej.
Mała dyspersja:Ponieważ można przesyłać tylko jeden tryb światła, nie ma dyspersji między trybem, a całkowita dyspersja jest niewielka. Przy długości fali 1,31 μm dyspersja materiału i dyspersja falowodu z pojedynczego światłowodu są dodatnie i ujemne, a rozmiary są dokładnie równe, dzięki czemu region długości fali 1,31 μm jest idealnym oknem roboczym do komunikacji światłowodowej, które mogą osiągnąć szybką transmisję danych.
Wysoka niezawodność:Ma dobrą trwałość i odporność na korozję, nie mają wpływu chemikalia lub inne czynniki środowiskowe, może utrzymać pewną jakość transmisji przez długi czas i nadaje się do komunikacji danych na duże odległości.
Silna zdolność przeciw interferencji: Ponieważ konstrukcja światłowodowa jednomodowa spełnia optyczne tryb pojedynczego transmisji, może skutecznie zmniejszyć rozpraszanie światła, więc nie ma na to łatwo interferencji elektromagnetycznej ze świata zewnętrznego i jest odpowiednia do komunikacji danych o dużej odległości.

Istnieją głównie następujące powody, dla których diody laserowe o dużej mocy nie mogą stosować włókien optycznych jednomodowych:
Niedopasowanie trybu:
Wyjście światła przez diody laserowe o dużej mocy mogą zawierać wiele trybów, podczas gdy włókna optyczne jednomodowe mogą przesyłać tylko jeden tryb światła. Gdy wielomodowe sygnały optyczne wprowadzają włókna optyczne jednomodowe, wystąpią problemy takie jak konwersja trybu i niska wydajność sprzężenia, co powoduje zwiększoną utratę sygnałów optycznych podczas transmisji, wpływając na wydajność transmisji. Na przykład wielomodowe diody laserowe mogą być dobrze sprzężone z wielomodowymi włóknami optycznymi, ponieważ oba obsługują wiele trybów transmisji światła, ale diody laserowe o dużej mocy i włókna optyczne jednomodowe są trudne do osiągnięcia wydajnego sprzężenia.
Różnica wielkości miejsca:
Wielkość powierzchni emitującej światła diod laserowych o dużej mocy jest zwykle duża, podczas gdy rozmiar rdzenia włókien optycznych jednomodowych jest mały, ogólnie kilka mikronów. Utrudnia to skuteczne łączenie światła w rdzeń włókien optycznych jednomodowych, co powoduje duże straty sprzęgania. W niektórych praktycznych zastosowaniach, ze względu na różnicę w wielkości miejsca, mogą być wymagane złożone systemy optyczne, aby dostosować rozmiar plamki, aby pomieścić włókna optyczne jednomodowe, ale zwiększy to koszt i złożoność systemu.
Aberracja i jakość wiązki:
Chociaż diody laserowe o dużej mocy mają pewną jakość wiązki, nadal istnieje luka z dużą, precyzyjną jakością wiązki o niskiej aberracji wymaganą przez włókna optyczne jednomodowe. Aberracje mogą powodować problemy, takie jak zniekształcenie fazowe, gdy światło jest przesyłane we włóknach optycznych, co dodatkowo wpływa na efekt transmisji. W bardzo precyzyjnych systemach komunikacyjnych aberracje mogą powodować zniekształcenie sygnału i zmniejszyć jakość komunikacji.

Rozwiązania i sugestie dotyczące aplikacji
Użyj wielomodowego światłowodu:W przypadku diod laserowych o dużej mocy można wybrać pasujące wielomodowe światłowód optyczny do transmisji światła w celu poprawy wydajności sprzęgania i wydajności transmisji.
Wybór scenariusza aplikacji:Zgodnie z określonymi wymaganiami dotyczącymi zastosowania, zważanie konieczności stosowania diod laserowych o dużej mocy i włókien optycznych jednomodowych. W niektórych scenariuszach aplikacji, w których wymagania dotyczące mocy nie są szczególnie wysokie, ale wymagania dotyczące odległości transmisji i przepustowości są wysokie, inne rodzaje źródeł światła można rozważyć w połączeniu z włóknami optycznymi jednomodowymi.

Diody laserowe o dużej mocy nie mogą wykorzystywać włókien optycznych jednomodowych, głównie z powodu takich problemów, jak niedopasowanie trybu, różnice wielkości miejsca i niespójna jakość wiązki. W praktycznych zastosowaniach, aby osiągnąć najlepszą wydajność transmisji i efekt zastosowania, typ światłowodowy i kombinacja źródła światła powinny być rozsądnie wybrane zgodnie z określonymi potrzebami.

Informacje kontaktowe:

Jeśli masz jakieś pomysły, możesz z nami rozmawiać. Bez względu na to, gdzie są nasi klienci i jakie są nasze wymagania, będziemy przestrzegać naszego celu, aby zapewnić naszym klientom wysoką jakość, niskie ceny i najlepszą usługę.