Dalam laser serat berdaya tinggi—yang merupakan kunci dalam aplikasi medis, industri, dan ilmiah—desain serat inti Dan pelapis Dimensi berperan penting. Parameter struktural ini mengatur penanganan daya, kualitas balok, efisiensi, dan kinerja termal. Begini caranya.

Diameter Inti: Penanganan Daya vs. Kualitas Balok

Peningkatan Ambang Daya & Pengurangan Efek Nonlinier
Memperbesar inti serat mengurangi intensitas optik, meningkatkan ambang batas kerusakan, dan menekan efek nonlinier seperti Brillouin terstimulasi dan hamburan Raman—yang krusial untuk penskalaan daya. Laser modern memanfaatkan inti yang lebih besar untuk mencapai rezim kilowatt.

Pertukaran: Propagasi Multimode
Namun, inti yang lebih besar seringkali mendukung beberapa mode, sehingga menurunkan kualitas pancaran. Sebaliknya, serat mode tunggal dengan diameter inti sekitar 8–10 µm dan pelapis ~125 µm mempertahankan profil balok yang bersih, meskipun pada kapasitas daya yang terbatas.

Desain Cladding: Efisiensi Pompa & Manajemen Termal

Serat Berlapis Ganda untuk Pemompaan yang Efisien
Laser berdaya tinggi menggunakan serat berlapis ganda , dimana sebuah pelapis bagian dalam Memandu cahaya pompa (dari sumber dengan kecerahan lebih rendah) di sekitar inti yang didoping. Arsitektur ini memungkinkan pemompaan cladding yang efisien, menghasilkan daya keluaran tinggi dengan tetap menjaga kualitas sinar.

Bentuk Pelapis Itu Penting
Bentuk lapisan dalam non-lingkaran (misalnya, offset atau persegi panjang) meningkatkan penyerapan pompa dengan mengarahkan cahaya lebih menyeluruh melalui inti. Lapisan melingkar cenderung membuang-buang cahaya pompa dengan membiarkan banyak sinar melewati inti.

Kompromi Ukuran Pelapis
Pelapis yang lebih besar memungkinkan penggabungan daya pompa yang lebih besar, tetapi efisiensi penyerapan menurun seiring dengan kuadrat diameter pelapis—membutuhkan serat yang lebih panjang—yang dapat menimbulkan efek nonlinier. Para perancang harus menyeimbangkan kompromi ini.

Desain Serat Canggih: LMA & Struktur Meruncing

Serat Area Mode Besar (LMA)
Serat LMA meningkatkan diameter inti sambil mempertahankan operasi mode tunggal dengan menurunkan apertur numerik atau menggunakan teknik penekan mode (seperti rekayasa indeks bias atau penggulungan). Desain ini memungkinkan keluaran daya tinggi dengan kualitas berkas yang dibatasi oleh difraksi.

Serat Berlapis Ganda Meruncing (T-DCF)
Struktur T-DCF bertransisi dengan mulus di sepanjang serat dari inti yang sempit ke ujung multimode yang lebar. Cahaya yang masuk dalam mode tunggal di ujung yang sempit tetap berada dalam mode fundamental bahkan di ujung yang lebar, menggabungkan kualitas sinar tinggi dengan peningkatan kapasitas daya.

Contoh-Contoh Pencetak Rekor
Beberapa serat meruncing memiliki diameter inti hingga 200 µm dengan bukaan numerik ~0,11, yang memungkinkan penguatan pulsa 60 ps bebas distorsi dengan energi puncak tinggi.

Ringkasan Sekilas

Kesimpulan Akhir

Interaksi yang apik antara dimensi inti dan selubung—dikombinasikan dengan rekayasa geometri dan indeks bias yang cerdas—mendorong evolusi laser serat. Desain seperti serat LMA dan T-DCF memungkinkan laser mencapai daya tak tertandingi sekaligus mempertahankan kemurnian sinar—membuka jalan bagi perangkat medis canggih, instrumentasi presisi, dan seterusnya.