고출력 섬유 레이저 다이오드가 단일 모드 섬유를 사용할 수없는 이유는 무엇입니까?

고출력 연속의 지속적인 혁신으로섬유 레이저기술, 섬유 레이저 기술은 산업 가공, 치료, 항공 우주 및 기타 분야에 널리 사용되었습니다.

더 높은 전력 출력을 추구하기 위해, 고출력 섬유 레이저 다이오드는 단일 모드 광학 섬유와 호환되지 않습니다. 단일 모드 광학 섬유의 코어 직경은 작고 수치 조리개가 제한되어 있기 때문에, 고출력 섬유 레이저 다이오드에 의해 생성 된 고 에너지 광학 신호를 효율적으로 커플하고 전송하는 동안 광학 신호의 손실 및 왜곡을 초래하여 섬유 레이저 시스템의 전반적인 성능 및 적용 효과를 심각하게 제한하는 것은 어렵다.

고출력 섬유 레이저 다이오드의 특성 :
작업 원칙 :레이저는 반도체 다이오드의 자극 된 방사선 원리에 기초하여 생성되며, 광섬유 구조를 통해 빛을 전달하고 증폭시킨다. 펌프 공급원의 작용 하에서, 작업 재료의 입자는 높은 에너지 수준으로 여기되어 입자 수 반전 분포를 형성하여 광 증폭을 실현하고, 공진 캐비티의 모드 선택을 통해 특정 파장 및 전력의 레이저를 출력한다.
전력 특성 :일반적으로 출력 전력이 비교적 높으며, 이는 재료 처리, 의료 및 기타 분야와 같이 높은 에너지 출력이 필요한 일부 시나리오의 요구를 충족시킬 수 있습니다. 예를 들어, 킬로와트 급 섬유 레이저는 이미 비교적 일반적이며 대규모 산업 제조의 절단, 용접 및 기타 공정에 사용할 수 있습니다.
빔 품질 :일반적으로 빔 품질이 우수합니다. 출력 빔은 주로 기본 횡단 모드 또는 저차 모드이며, 밝기가 높고 발산 각도가 낮습니다. 이를 통해 초점을 맞춘 후 더 작은 스팟 크기와 더 높은 전력 밀도를 얻을 수 있으며, 이는 처리 정확도와 효율성을 향상시키는 데 유리합니다. 그러나 빔 품질에 대한 단일 모드 섬유의 요구 사항과 비교하여 여전히 차이가 있습니다. 단일 모드 파이버는 더 높은 빔 품질과 더 작은 스팟 크기가 필요하며, 고출력 섬유 레이저 다이오드로 생성 된 레이저는 단일 모드 섬유에 결합 될 때 특정한 광학 시스템 설계 및 최적화가 필요한 특정 어려움을 가질 수 있습니다.

단일 모드 섬유 특성 :
구조 및 원리 :코어, 클래딩 및 코팅으로 구성됩니다. 빛은 총 반사 방식으로 코어에서 축 방향으로 전파되며 한 번의 빛 만 전달할 수 있습니다. 최대 코어 직경은 일반적으로 9μm 또는 10μm이고 클래딩의 직경은 약 125μm입니다. 코어 직경은 작고 빛의 파장에 가깝기 때문에, 빛은 코어의 축 방향을 따라 전파 될 수 있으며, 모드 분산을 피하여 전송 품질이 높아집니다.
장점 :
낮은 손실 :단일 모드 광섬유의 전송 손실은 비교적 작습니다. 일반적으로 0. 2db/km 및 0. 4db/km 사이에서,이를 통해 신호는 너무 많은 릴레이 증폭없이 광학 광섬유에서 더 장거리 전송 될 수 있으며 최대 80 킬로미터 또는 더 긴 전송 분할을지지 할 수 있습니다.
작은 분산 :하나의 광 모드 만 전송 될 수 있기 때문에 모드 간 분산이 없으며 총 분산은 작습니다. 1.31μm의 파장에서, 단일 모드 광섬유의 재료 분산 및 도파관 분산은 양의 및 음수이며, 크기는 정확히 같아서 1.31μm 파장 영역을 광섬유 통신을위한 이상적인 작동 창으로 만들어 고속 데이터 전송을 달성 할 수있다.
높은 신뢰성 :내구성과 부식성이 우수하며 화학적 또는 기타 환경 적 요인의 영향을받지 않으며 오랫동안 특정 전송 품질을 유지할 수 있으며 장거리 데이터 통신에 적합합니다.
강력한 간섭 능력 : 단일 모드 광섬유 설계는 광학 단일 전송 모드를 충족하기 때문에 빛의 산란을 효과적으로 줄일 수 있으므로 외부 세계의 전자기 간섭에 의해 쉽게 영향을받지 않으며 장거리 데이터 통신에 적합합니다.

고출력 섬유 레이저 다이오드가 단일 모드 광 섬유를 사용할 수없는 이유는 주로 있습니다.
모드 불일치 :
고출력 섬유 레이저 다이오드에 의한 광 출력은 다중 모드를 포함 할 수있는 반면, 단일 모드 광학 섬유는 하나의 광 모드 만 전송할 수 있습니다. 멀티 모드 광학 신호가 단일 모드 광 섬유에 들어가면 모드 변환 및 낮은 커플 링 효율과 같은 문제가 발생하여 전송 중 광 신호 손실이 증가하여 전송 성능에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 다중 모드 레이저 다이오드는 다중 모드 광학 섬유와 잘 결합 될 수 있지만, 다수의 광 전송 모드가지지되지만 고출력 섬유 레이저 다이오드 및 단일 모드 광학 섬유는 효율적인 커플 링을 달성하기가 어렵 기 때문이다.
스팟 크기 차이 :
고출력 섬유 레이저 다이오드의 광 방출 표면 크기는 일반적으로 크고 단일 모드 광 섬유의 코어 크기는 작고 일반적으로 몇 미크론입니다. 이로 인해 단일 모드 광 섬유의 코어에 빛을 효과적으로 부합하기가 어렵 기 때문에 큰 커플 링 손실이 발생합니다. 일부 실제 응용 분야에서 스팟 크기의 차이로 인해 복잡한 광학 시스템은 단일 모드 광 섬유를 수용하기 위해 스팟 크기를 조정해야 할 수도 있지만 시스템의 비용과 복잡성을 증가시킵니다.
수차 및 빔 품질 :
고출력 섬유 레이저 다이오드는 특정 빔 품질을 가지지 만, 단일 모드 광 섬유에 필요한 고정밀, 낮은 자극 빔 품질과 여전히 간격이 있습니다. 수차는 광 섬유에서 빛이 전송 될 때 위상 왜곡과 같은 문제를 일으킬 수있어 전송 효과에 더 영향을 미칩니다. 고정밀 통신 시스템에서 수차는 신호 왜곡을 유발하고 통신 품질을 줄일 수 있습니다.

솔루션 및 응용 프로그램 제안
멀티 모드 광섬유 사용 :고출력 섬유 레이저 다이오드의 경우, 커플 링 효율 및 전송 성능을 향상시키기 위해 조명 전송을 위해 일치하는 멀티 모드 광섬유를 선택할 수 있습니다.
응용 프로그램 시나리오 선택 :특정 응용 요구 사항에 따라 고출력 섬유 레이저 다이오드 및 단일 모드 광 섬유를 사용해야 할 필요성을 평가하십시오. 전력 요구 사항이 특히 높지 않지만 전송 거리 및 대역폭 요구 사항이 높지 않은 일부 응용 시나리오에서는 다른 유형의 광원이 단일 모드 광 섬유와 함께 고려 될 수 있습니다.

고출력 섬유 레이저 다이오드는 주로 모드 불일치, 스팟 크기 차이 및 일관성없는 빔 품질과 같은 문제로 인해 단일 모드 광 섬유를 사용할 수 없습니다. 실제 응용 분야에서 최상의 전송 성능 및 응용 효과를 달성하기 위해서는 특정 요구에 따라 섬유 유형 및 광원 조합을 합리적으로 선택해야합니다.

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