Pусский
Просмотры:0 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2025-07-03 Происхождение:Работает
Лазерные диоды, связанные с волокном, представляют собой системы, которые интегрируют стандартные лазерные диоды - полупроводниковое устройство, которое излучает когерентный свет с волокном, когда ток проходит через него. Важным шагом является процесс «связи», при котором распространяющийся луч, испускаемый из крошечной апертуры лазерного диода, точно сфокусирован и выровнен в меньшее ядро волокна. Эта интеграция имеет несколько важных преимуществ по сравнению с использованием металлических лазерных диодов.
Представьте, что лазерный диод - это очень маленький фонарик, который излучает луч света, который очень быстро распространяется. Хотя это полезно, такие дисперсные балки трудно точно ориентировать на расстояниях или в сложных оптических настройках. Вместо этого волокно действует как эффективная легкая трубка, которая направляет свет по своей длине с минимальными потерями, благодаря принципу общего внутреннего отражения. Связывая лазерный диод с волокном, мы достигаем лучших из обоих миров: компактность лазерного диода, эффективная генерация света и направление волокна, возможности передачи низких потерь.
Эта связь не маленькая. Это требует тщательного выравнивания и часто использует специализированную оптику (такую как линзы), чтобы максимизировать количество света, передаваемого из вывода диода в ядро волокна, таким образом минимизируя потери. Эффективность этой передачи является ключевым показателем производительности, обычно выражаемой как эффективность связи (отношение волокна к общей мощности, излучаемой диодом).
Зачем использовать метод «Связь с волокном»?
Использование волокон с лазерными диодами решает некоторые практические проблемы:
Легкое использование и интеграция: волокно является гибким и может быть легко направлена в сложные системы, устраняя точные фиксированные выравнивания, которые поместят сам деликатный лазерный диод в более крупные устройства.
Улучшение качества и точности луча: волокно по своей природе коллимируется и прозрачна, а волокно обеспечивает более равномерную и предсказуемую кривую выходного луча, чем первичное диодное излучение.
Защита окружающей среды: волокна окружают свет, защищают его от внешних загрязняющих веществ и обеспечивают стабильную производительность в различных средах.
Передача на расстоянии: волокно позволяет лазерному свету проходить значительные расстояния с минимальным ослаблением (потерей сигнала), что имеет решающее значение для таких приложений, как телекоммуникации.
Мультиплексирование: несколько волокон могут быть связаны или подключены, тем самым маршрутируя несколько лазерных лучей или сигналов через один путь или разъем.
Понимание этих основ закладывает основу для изучения различных типов и применений этих многофункциональных компонентов.
Лазерные диоды, связанные с волокном, не являются монолитными категориями. Они появляются в различных формах, отличающиеся в основном по типу ядра лазерного диода и его характеристиками связанных волокон. Два наиболее распространенных различия основаны на типах волокна: одиночный режим и мультимод.
Диаметр сердечника одномодового волокна очень мал (9 микрон стандартных телекоммуникационных волокон составляют около 9 микрон). Они предназначены для поддержки только одного режима размножения света, что приводит к высококонцентрированному и когерентному выходному пучке, покидающему конец волокна. Эффективное смешивание света с таким крошечным ядром требует очень точного выравнивания и высококачественной оптики, часто с участием профессиональных асферических линз.
Ключевые функции:
Высокое качество луча: выходной луч имеет прозрачный гауссовый профиль, низкую разницу и высокую пространственную когерентность. Это количественно определяется продуктом низкого балка (BPP).
Спектральная ширина стеноза: обычно используется с лазерными диодами со узким спектром излучения, это важно для применений, требующих высокой чистоты спектра.
Более низкая обработка мощности: из-за небольшой площади ядра и высокой плотности мощности эта плотность мощности может ограничить максимальную выходную мощность по сравнению с многомодовой установкой и может потребовать тщательного теплового управления диодами и конечными лицами волокна.
Приложение: одномодовые диоды, связанные с волокном, являются ведущими субъектами современных телекоммуникаций, а их пропускные способности-высокая и на расстоянии данные. Они также имеют решающее значение в высокопрофессиональных помех, метрологии, лидарных системах, требующих тонких лучей, и некоторых медицинских применений, таких как офтальмоскопы или дерматоскопы.
Мультимодальные волокна имеют большие диаметры сердечника (обычно 50 или 62,5 микрон, хотя существуют другие размеры). Они могут поддерживать несколько режимов распространения, что означает, что свет может двигаться по нескольким путям внутри волокна. Это приводит к более широкому профилю выходного луча и имеет более высокие различия, когда свет отсоединяет волокно по сравнению с однопольными волокнами.
Ключевые функции:
Нижнее качество луча: из -за нескольких режимов выходной луч является менее когерентным и имеет более высокие различия. Это отражено в более высоком BPP.
Более высокая обработка мощности: более крупные области основной передачи позволяют более высокую общую передачу мощности перед тем, как достичь пороговых значений повреждения, что делает их подходящими для более высоких мощных применений.
Более простая связь: выравнивание дифференцированных диодных пучков с большими ядрами обычно проще, чем одномодовое соединение и более чувствительное к небольшому смещению, что потенциально снижает производственные затраты.
Применение: диодные диоды с мультимодным волокном широко используются в промышленной лазерной обработке, такой как лазерная резка, сварка и маркировка, где высокая мощность обычно более важна, чем качество луча. Они также используются в приложениях, где накачиваются твердотельные или волокнистые лазеры, волокнистые датчики (особенно те, которые чувствительны к модальной дисперсии), и некоторые приложения для передачи данных на более коротких расстояниях.
Другие типы и изменения:
В дополнение к разнице между отдельным режимом и мультимодом, вы можете столкнуться:
Регулируемые лазерные диоды с волокном: эти устройства включают механизмы для регулировки выходной длины волны (например, внешней полости или решетки), что позволяет одному модулю покрывать серию спектральных линий. Это полезно в спектральных и сенсорных приложениях, где требуются различные материалы или измеренные длины волн.
Мощные диоды, связанные с волокном: это часто представляют собой многомодовые устройства, предназначенные для обеспечения важной оптической мощности (десять или даже сотен ватт) для требовательных промышленных процессов. Они часто сочетают в себе расширенные функции теплового управления, такие как водяное охлаждение для рассеивания большого количества генерируемого тепла.
Стабильные волокнистые диоды, связанные с волокном: эти методы использования для использования волоконно-брэгговых привычек (FBG) в волокне, отражая лишь очень узкую длину волны, которая возвращается в диод, тем самым эффективно запирая его излучение до этой конкретной длины волны, что является критическим для точных применений.
Понимание этих различных типов помогает выбрать правильный инструмент для работы, уравновешивая необходимую мощность, массу луча, длину волны и расстояние применения.
Универсальность лазерных диодов, связанных с волокном, связана с комбинированной силой лазерного диода и оптического волокна. Они могут обеспечить контролируемый, когерентный свет эффективно и гибко, что делает их необходимыми в различных современных технологиях.
Можно сказать, что это самое выдающееся приложение. Одномодовые волокнистые диоды являются основой сетей на большие расстояния и высокоскоростных данных. Они эффективно активируют оптические сигналы, передаваемые данными в инфраструктуру волокна, что позволяет высокой пропускной способности на большем расстоянии и снижении уменьшения сигнала. Их точный контроль длины волны и высокая эффективность связи имеют решающее значение для поддержания целостности сигнала в сложных сетевых средах.
В производственной отрасли мультимодальные волокнистые диоды широко используются для лазерной резки, сварки, бурения и маркировки различных материалов, от металлов и пластмасс до композитов. Высокая мощность, обеспечиваемая через волокна, может быть быстро удалена или слилась, в то время как гибкость волокон допускает сложную геометрию части и дистанционную обработку. Одномодовая версия используется для более точных задач, таких как микросхема или размазывание.
Точность и контроль, предоставляемые волоконными диодами, высоко ценятся в медицинских приложениях. Они используются в лазерной хирургии для выполнения точной абляции или коагуляции тканей и зависят от способности клетчатки достигать сложных анатомических положений. В стоматологическом аспекте они помогают процедурам, таким как подготовка полости или лечение десны. Они являются неотъемлемой частью эндоскопической медицинской системы визуализации, обеспечивая освещение через гибкие волокна или включает спектральный анализ. Диоды с низкой мощностью используются в фотодинамической терапии и в некоторых диагностических инструментах.
Споковочные диоды являются ключевым компонентом в различных системах сенсорных систем. Их интеграция с волокнами позволяет создавать распределенные или точечные датчики измерять такие параметры, как температура, давление, деформация или химическая концентрация вдоль длины волокна. В метрологии они являются стабильными источниками света для интерферометров для высокого измерения размеров, расстояний или поверхностных профилей.
Междисциплинарные исследователи используют диоды, связанные с волокном, для проведения различных экспериментов. Они обеспечивают стабильные, регулируемые или мощные источники света для спектроскопии, микроскопии, квантовых оптических экспериментов и исследований в области атомной физики. Простота интеграции волокон в экспериментальные установки упрощает сложные оптические выравнивания.
Хотя диоды, связанные с волокном, также менее очевидны, нишевые роли также были обнаружены в потребительских устройствах. Они могут использоваться в некоторых лидарных системах в автономных транспортных средствах или передовых системах помощи водителя (ADA), которые обеспечивают чувствительные к расстоянию свет. Они также могут участвовать в высокоскоростных передачах данных в крупных электронных компонентах или специализированных устройствах изображения.
Широта этих приложений подчеркивает фундаментальную важность лазерных диодов, связанных с волокном, в современных технологиях, ключевой драйвере инноваций в бесчисленных областях.
Лазерная резка является технологией краеугольного камня в современном производстве, которая обеспечивает точность, скорость и универсальность для обработки широкого спектра материалов. Лазерные диоды с волокном, особенно многомодовые варианты с высокой мощностью, становятся все более важными в этом домене, часто является источником света промышленных волоконных лазеров или самих систем прямого диода.
Как сделать лазерное разрешение с помощью волоконных диодов:
Перенос мощности: Основная роль диодов с волокницей в лазерной резке (особенно в прямого диодных системах) состоит в том, чтобы перенести необходимую фотоэлектрическую мощность на резку. Как правило, в многомодовых конфигурациях, мощные лазерные диоды производят сильный свет. Лампа связана с надежными мультимодальными волокнами и способна обрабатывать высокие уровни мощности, необходимые для вырезания металлов и других материалов. Волокна действуют как канал, который эффективно передает эту мощность на режущую форсунку.
Формирование и фокусировка балок: в то время как само волокна обеспечивает определенные рекомендации, выход на конце волокна все еще относительно большой по сравнению с крошечными точками, необходимыми для резки. Узел с резки головки обычно включает в себя объектив или специализированный оптический элемент для размещения волокон на световой луче света небольшого диаметра на поверхности заготовки. На массу этого фокуса влияют параметры луча из волокна, что, в свою очередь, зависит от типа волокна и эффективности связи.
Гибкость и интеграция: волокно обеспечивает удаленное расположение лазерных источников высокой мощности (диодные модули) из резки. Это разделение имеет решающее значение для практической работы. Это позволяет разместить громоздкий модуль нагревательного диода в контролируемую среду, в то время как легкая резка головка, содержащая только выход волокна и оптику фокусировки, может быть точно манипулирована через санкрит режущей машины. Эта настройка упрощает дизайн машины, уменьшает вибрацию и повышает общую надежность системы.
Прямая диодная резка и волоконно-лазерный насос: важно различить прямое резание диода и волоконно-оптоволоконные диодные лазерные системы. При прямой резке выходной сигнал диода (обычно около 808 нм или 915 нм/976 нм) концентрируется непосредственно на материале. В волокнистых лазерных системах мультимодальный волоконно-связанный диод перекачивается в редко-легированные волокнами (обычно легированные волокна) и затем подкисляется более легко фиксированной длиной волны (около 1070-1100 нм). Оба подхода используют диоды, связанные с волокном, но прямой подход иногда может обеспечить более высокую электрическую для оптической эффективности и более простую архитектуру системы, хотя качество луча может отличаться по сравнению с волоконными лазерами.
Преимущества лазерной резки:
Высокая эффективность: диодные системы, связанные с волокном, особенно прямые конфигурации диодов, могут обеспечить высокую эффективность электрического преобразования, тем самым снижая эксплуатационные затраты.
Быстрая обработка: высокая передача мощности обеспечивает быстрые скорости резания для многих материалов.
Универсальность материала: подходит для разрезания различных материалов, особенно металлов.
Системная простота (прямой диод): меньше оптических компонентов приводят к более высокой надежности и потенциально более низкому обслуживанию, чем некоторые традиционные лазерные системы.
Понимание роли лазерных диодов, связанных с волокном, в лазерах подчеркивает их фактические последствия, тем самым превращая теоретическую фотонику в ощутимые производственные возможности.
Хотя многие связанные с волокном, лазерные диоды, работают на фиксированной длине волны, технологические достижения привели к разработке устройств, которые могут выделять свет на нескольких длин волн. Что это за длину волны, может открыть новые возможности и решить конкретные проблемы в различных приложениях.
Как реализовать операцию на длине волны:
Существует несколько методов реализации многоволновой эмиссии в системах связывания волокон:
Регулируемые лазерные диоды: использование лазерных диодов со встроенными механизмами настройки (такими как диоды внешней полости или вертикальные лазеры, излучающие лазеры (VCSEL) с помощью интегрированных решений), могут быть отрегулированы в электронном виде в определенном диапазоне. Эти диоды затем связаны с использованием стандартных методов.
Несколько диодных интеграций: один программный пакет может содержать несколько лазерных диодов, каждый из которых выпускается на другой длине волны. Внутренние или внешние механизмы переключения (такие как оптические переключатели или мультиплексоры) могут выбрать оптическую связь диода с выходным волокном.
Гибридная система: одноволновые волоконно-связанные диоды могут объединяться с внешними элементами преобразования длины волны, такими как нелинейные оптические кристаллы (для удвоения частоты, триплетов и т. Д.) или оптических осцилляторов параметров (OPOS), хотя это обычно выходит за рамки простых «связанных с волокнистыми диодами» и более сложными системами Laser.
Преимущества и приложения Dopollon Long:
Оптимизация обработки материалов: различные материалы наиболее эффективно поглощают свет на определенных длинах волн. Многоволновое волоконно-связанное с диодом можно регулировать или переключаться на оптимальную длину волны целевого материала, тем самым повышая резку, сварку или эффективность абляции и качество. Например, пластмассы могут лучше поглощать 980 нм, в то время как некоторые металлы могут быть более эффективными при 808 нм или 1064 нм.
Спектроскопия и зондирование. Многие аналитические методы основаны на обнаружении материалов, которые излучают свет на определенных длинах волн для идентификации химического состава или физических свойств. Источник регулируемой муфты волокна может быть быстро отсканирован по всему спектру, тем самым выявляя несколько компонентов или функций в образце по их характерным линиям поглощения или излучения.
Медицинские применения: различные биологические ткани или хромофоры по -разному реагируют на различные длины волн. Многоволновая способность ценна в медицинской визуализации (например, отличия кровеносных сосудов от окружающих тканей) и терапевтических применений (например, нацеливание специфических клеток или глубины фотодинамической терапии).
Telecom: Несмотря на меньшую базовую передачу, многоволновые источники имеют решающее значение в системах мультиплексирования (DWDM) с плотной длиной волны (DWDM), где несколько сигналов на разных длин волн объединяются на одно волокно для передачи данных высокой емкости. Регулируемые лазеры, связанные с волокном, являются ключевым компонентом в этих системах тестирования и измерительного оборудования.
испытание:
Достижение хорошей эффективности связи в ряде длин волн может быть сложной задачей, так как оптимальная оптика связи может немного варьироваться в зависимости от длины волны. Кроме того, поддержание стабильной выходной мощности и характеристик режима во всем диапазоне настройки требует тщательного дизайна лазерных диодов и связанной оптики.
Способность использовать несколько длин волн значительно улучшает гибкость и применимость лазерных диодов, связанных с волокном, делая их более полезными в инструментарии фотоники.
