در سیستم های لیزر کوپل شده با فیبر، انتخاب فیبر نوری به طور مستقیم کیفیت پرتو، پایداری سیستم و مناسب بودن کاربرد را تعیین می کند. اگرچه الیاف تک حالته، چند حالته و نگهدارنده پلاریزاسیون ممکن است از نظر ظاهری مشابه به نظر برسند، اما ویژگی های انتشار داخلی آنها اساساً متفاوت است. انتخاب نادرست می تواند منجر به از بین رفتن اتصال، اعوجاج پرتو یا ناپایداری طولانی مدت شود.
1. فیبر تک حالته (SMF: فیبر تک حالته)
فیبر تک حالته فقط از حالت انتشار اساسی (LP01) پشتیبانی می کند. قطر هسته کوچکی دارد، معمولاً در حدود 3 تا 10 میکرومتر (در حدود 1550 نانومتر).
خصوصیات کلیدی:
- فقط یک حالت انتشار (بدون پراکندگی بین وجهی)
- کیفیت پرتو عالی (M² نزدیک به 1)
- انسجام فضایی بالا
- به دقت کوپلینگ بالایی نیاز دارد
کاربردهای معمولی:
- تحویل خروجی لیزر فیبر
- سیستم های ارتباط نوری
- سنجش تداخل سنجی و LIDAR
- آزمایش های نوری با دقت بالا
2. فیبر چند حالته (MMF: فیبر چند حالته)
فیبر چند حالته دارای اندازه هسته بسیار بزرگ تری است (معمولاً 50 میکرومتر، 62.5 میکرومتر، 105 میکرومتر یا حتی 200 میکرومتر)، که امکان انتشار چندین حالت را به طور همزمان فراهم می کند.
خصوصیات کلیدی:
- راندمان کوپلینگ و تحمل بالا
- توانایی مدیریت قدرت نوری بالاتر
- پراکندگی مودال قابل توجه
- پرتو خروجی کمتر متمرکز است و بیشتر "پراکنده" است.
کاربردهای معمولی:
- سیستم های روشنایی لیزری
- پردازش صنعتی (دقت کم تا متوسط)
- روشنایی و درمان پزشکی
- تحویل نور پمپ
3. فیبر تک حالته نگهدارنده قطبش (PMF)
فیبر نگهدارنده قطبش بر پایه فیبر تک حالته است، اما دارای ساختارهای تنشی (مثلاً طرحهای پاندا یا پاپیون) برای حفظ حالت پلاریزاسیون در طول انتشار است.
خصوصیات کلیدی:
- حالت پلاریزاسیون خطی را حفظ می کند
- بسیار مقاوم در برابر اختلالات محیطی (دما، استرس)
- بالاترین ثبات و انسجام در بین انواع الیاف
- هزینه بالاتر و الزامات تراز دقیق تر
کاربردهای معمولی:
- سنجش تداخل سنجی (به عنوان مثال، ژیروسکوپ های فیبر نوری)
- ارتباط نوری منسجم
- سیستم های لیزری با پایداری بالا
- مترولوژی دقیق و اپتیک کوانتومی
4. خلاصه مقایسه
| نوع فیبر | حالت ها | سختی جفت کردن | کیفیت پرتو | ثبات | استفاده معمولی |
|---|---|---|---|---|---|
| تک حالته | 1 | بالا | عالی | بالا | لیزر، ارتباطات |
| چند حالته | چندگانه | کم | متوسط | متوسط | صنعتی، نورپردازی |
| PM تک حالته | 1 + کنترل پلاریزاسیون | بسیار بالا | عالی | بسیار بالا | سیستم های دقیق |
5. نحوه انتخاب فیبر برای سیستم های لیزری فیبر کوپل شده
انتخاب این نیست که کدام فیبر "بهتر" است، بلکه این است که کدام یک با نیازهای سیستم مطابقت دارد:
- اگر کیفیت تیر و قوام پرتوهای مسافتی در اولویت هستند →فیبر تک حالته
- اگر قدرت نوری بالا و کوپلینگ آسان اهمیت بیشتری دارند →فیبر چند حالته
- اگر پایداری پلاریزاسیون و تکرارپذیری سیستم حیاتی است →فیبر تک حالته PM
در طراحی ماژول لیزر فیبر جفت شده واقعی، عوامل اضافی نیز باید در نظر گرفته شوند:
- زاویه واگرایی دیود لیزری
- تطبیق دیافراگم عددی (NA).
- طراحی لنز کوپلینگ
- پایداری حرارتی و ساختار بسته بندی
نتیجه گیری
AIMLASER به عنوان سازنده ماژولهای لیزر جفتشده با فیبر، میتواند راهحلهای کوپلینگ فیبر تک حالته، چند حالته، و پلاریزاسیون سفارشیسازی شده را متناسب با نیازهای کاربردی مختلف ارائه دهد و عملکرد کلی سیستم و قابلیت اطمینان را بهینه کند.