Ein fasergekoppelter Laser ist ein Diodenlaser, in dem das erzeugte Licht von einer optischen Faser geleitet und geliefert wird, anstatt als Freiraumstrahl emittiert zu werden . Ein fasergekoppelter Laser ist eine Art Lasersystem, bei dem der Laserstrahl, der von einer Laserquelle erzeugt wird (z. B. Diodenlaser, Festkörperlaser), effizient in eine optische Glasfaser für Getriebe, Lieferung oder weitere Verarbeitung gekoppelt ist. Im Gegensatz zu 'Freiraum-Lasern' (wo der Strahl durch Luft fließt), nutzen die Faserlaserlaser optische Fasern, um den Laserbalken zu leiten, der flexible, stabile und präzise Strahlen in industrieller, medizinischer, wissenschaftlicher und wissenschaftlicher Anwendungen ermöglicht.
Ein typisches, fasergekoppeltes Lasersystem besteht aus drei wichtigen Teilen, die zusammenarbeiten, um eine effiziente Strahlkopplung und -übertragung sicherzustellen:
Komponente
Funktion
Wichtige Details
Laserquelle
Erzeugt den anfänglichen Laserstrahl
Häufige Typen: - Diodenlaser (am häufigsten für Kosten/Effizienz verwendet). - Festkörperlaser (z. B. ND: YAG, für hohe Leistung/Strahlqualität). - Faserlaser (Anmerkung: Faserlaser erzeugen Licht in Fasern; Fasergekoppelte Laser liefern Licht über Fasern, zu denen auch Faserlaserquellen gehören können).
Kopplungsoptik
Brücken Sie die Laserquelle zur optischen Faser
Kritisch für die Minimierung des Strahlverlusts: - Linsen (Kollimieren von Linsen, um den unterschiedlichen Laserstrahl zu fokussieren; Fokussierlinsen, um die numerische Blende des Strahls an die Faser zu entsprechen). - Ausrichtungsmechanismen (um den Laserstrahl genau mit dem Kern der Faser auszurichten, wie selbst eine Fehlausrichtung im Mikrometerstand erhebliche Verluste verursacht).
Glasfaser
Führt den gekoppelten Laserstrahl
Für die Laserkompatibilität entwickelt: - Kern: Zentralregion, der den Laserstrahl überträgt (Durchmesserbereiche von ~ 5 μm für die Qualität mit hoher Strahlqualität bis ~ 1000 μm für die Abgabe von Hochleistungen). - Verkleidung: Umgibt den Kern; hat einen niedrigeren Brechungsindex, um Licht über die gesamte interne Reflexion (TIR) zu fangen. - Beschichtung: Schützt die Faser vor mechanischen Beschädigungen und Umweltstörungen (z. B. Feuchtigkeit, Staub).
Wie funktioniert Glasfaserkopplung?
Das Ziel der Kopplung 'ist es, so viel von der Leistung des Laserstrahls wie möglich in den Kern der Faser zu übertragen und gleichzeitig die Strahlqualität zu erhalten. Der Prozess beruht auf zwei Schlüsselprinzipien:
Übereinstimmende Strahlparameter für eine effiziente Kopplung, müssen die Eigenschaften des Laserstrahls mit den Spezifikationen der Faser übereinstimmen:
Numerische Apertur (NA): Ein Maß für die Fähigkeit der Faser, Licht zu akzeptieren. Die NA des Laserstrahls (bestimmt durch seinen Divergenzwinkel) muss ≤ der Na der Faser sein, um zu vermeiden, dass Licht aus dem Kern entkommt.
Strahldurchmesser: Der Durchmesser des fokussierten Laserstrahls muss mit dem Durchmesser des Faserkerns übereinstimmen. Wenn der Strahl zu groß ist, trifft er die Verkleidung und geht verloren; Wenn es zu klein ist, verschwendet es die Kapazität der Faser.
Minimieren von Verlusten auch bei perfekter Parameterübereinstimmungen treten Verluste auf: Folgendes:
Ausrichtungsfehler: Fehlausrichtung (lateral, eckig oder axial) zwischen dem Laserstrahl und dem Faserkern (der Ursache der Nr. 1 Ursache für den Kopplungsverlust).
Optische Unvollkommenheiten: Streuung aus schmutzigen Linsen/Faserenden oder Reflexionen an Luftglasgrenzflächen (gemildert mit anti-reflektierenden Beschichtungen).
Faserbiegung: Übermäßige Biegung der Faser kann zu einem Biegeverlust (Lichtlecks aus dem Kern) führen, sodass die Fasern für den minimalen Biegenradius bewertet werden.
Wichtige Vorteile gegenüber Freiraumlasern
Fasergekoppelte Laser lösen kritische Einschränkungen von Freiraumlasersystemen, wodurch sie in den meisten praktischen Anwendungen dominieren:
Vorteilsbeschreibung
Flexible Strahllieferung
Die optischen Fasern sind leicht und biegbar, sodass der Laserstrahl enge oder abgelegene Räume (z.
Stabile Leistung
Die Faser schützt den Strahl vor Umweltstörungen (Luftturbulenz, Staub, Vibration), die Freiraumstrahlen beeinträchtigt.
Kompaktes Design
Die Faser beseitigt die Notwendigkeit großer, fester Spiegel/Linsen (in Freiraumsystemen verwendet) und verringert die Größe und Kosten des Lasers.
Sicherer Betrieb
Die Faser enthält den Laserstrahl, wodurch das Risiko einer zufälligen Exposition verringert wird (kritisch für Hochleistungslaser).
Skalierbarkeit
Mehrere fasergekoppelte Laser können (über Faserkombiner) kombiniert werden, um eine höhere Leistung als ein einzelner Laser zu liefern.
Gemeinsame Anwendungen
Fasergekoppelte Laser sind aufgrund ihrer Vielseitigkeit in allen Branchen allgegenwärtig. Zu den wichtigsten Anwendungsfällen gehören:
Industrielle Fertigung
Laserschneidung/Schweißen: Fasern liefern Hochleistungsstrahlen für Roboterarme zum Präzisionsschneiden von Metallen (z. B. Automobilteilen) oder Schweißen der Elektronik.
Lasermarkierung: Low-Power-Faser-gekoppelte Laser markieren Barcodes, Logos oder Seriennummern für Kunststoffe, Metalle und Glas (z. B. Smartphone Clears).
Medizin und biomedizinisch
Operation: Fasergekoppelte Diodenlaser liefern kontrollierte Hitze für minimalinvasive Eingriffe (z. B. Laseraugenoperation, Dermatologische Behandlungen für Tätowierungen oder Läsionen).
Bildgebung: Low-Power-Laser, die mit optischen Fasern gekoppelt sind, ermöglichen die Endoskopie (Bildgebung im Körper) oder eine konfokale Mikroskopie (hochauflösende biologische Bildgebung).
Wissenschaftliche Forschung
Spektroskopie: Fasern liefern Laserlicht an Proben in harten Umgebungen (z. B. Hochtemperaturreaktoren) oder abgelegene Standorte (z. B. Feldstudien von atmosphärischen Gasen).
Erfassungen: Optimische Faser -gekoppelte Laser -Leistungssensoren zur Messung von Temperatur, Druck oder Dehnung (z.
Verbraucher und Telekommunikation
Glasfaserkommunikation: Während Telecom 'Kommunikationsgrade ' Laser verwendet, ist die Faserkopplung für die Übertragung von Lasersignalen über große Entfernungen (z. B. Internet-Backbones) grundlegend.
3D -Druck: Fasergekoppelte Laser schmelzen oder Sintermaterialien (z. B. Metallpulver) in der additiven Herstellung.
Wichtige Leistungsmetriken
Bei der Bewertung eines fasergekoppelten Lasers definieren diese Metriken ihre Qualität und Eignung für eine Anwendung:
Kopplungseffizienz : Der Prozentsatz der in die Faser übertragenen Laserleistung (typischerweise 70–95% für kommerzielle Systeme;> 90% wird als hocheffizient angesehen).
Ausgangsleistung/Strahlqualität: Leistung (Watt, MW) und Strahlqualität (M⊃2;-Faktor; M⊃2; = 1 ist ein perfekter Gaußscher Strahl, der für Präzisionsaufgaben wie Operationen oder Mikromaschine kritisch ist).
Fasertyp :
Einmodusfaser (SMF): kleiner Kern (~ 5–10 μm), niedriger Na, liefert eine hohe Strahlqualität (m²halt 1), jedoch niedrige Leistung (für Telekommunikation, Mikroskopie).
Multi-Mode-Faser (MMF): größerer Kern (~ 50–1000 μm), höher Na, liefert eine hohe Leistung, aber eine niedrigere Strahlqualität (zum Schneiden, Schweißen).
Zuverlässigkeit: mittlere Zeit zwischen Fehlern (MTBF) - Industriesysteme erfordern MTBF> 10.000 Stunden.
Zusammenfassung
Kurz gesagt, ein fasergekoppelter Laser ist eine 'Strahllieferungslösung', die die Leistung/Präzision von Lasern mit der Flexibilität/Stabilität von optischen Fasern kombiniert. Durch die Lösung der Grenzen von Freiraumlasern ist es zum Arbeitstier moderner Laseranwendungen geworden, von der Fertigung bis zur Medizin. Sein Kernwert liegt in effizienten, flexiblen und zuverlässigen Übertragung von Laserlicht dort, wo es am meisten benötigt wird.
BU-Laser bietet Glasfaser-gekoppelte Lasermodule mit mehreren Spezifikationsauswahl (375 Nm- Um mehr zu erfahren, wenden Sie sich bitte an uns unter Song@bu-laser.com.
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