Angesichts der steigenden Ausgangsleistung von Industrielasern ist die Frage, wie man Hochenergielaser sicher, effizient, über große Entfernungen und flexibel übertragen kann, zum Schlüssel für die umfassende Anwendung und Entwicklung der Lasertechnologie in den Bereichen Industrie, wissenschaftliche Forschung und medizinische Behandlung geworden. Die Technologie zur Übertragung von Laserenergie durch Fasern mit großem Kerndurchmesser ist zweifellos eine effektive Methode, um den „letzten Meter“ des Lasers freizuschalten und den Anwendungsbereich präzise zu erreichen.
Was ist ein großer Kerndurchmesser? Das heißt, der Kerndurchmesser ist größer als 50 μm, verglichen mit dem Kerndurchmesser herkömmlicher Singlemode-Fasern von 9 bis 10 μm. Warum einen großen Kerndurchmesser verwenden? Ein großer Kerndurchmesser kann den Bereich des Fasermodusfelds effektiv vergrößern, nichtlineare Effekte reduzieren und die Strahlqualität verbessern; am wichtigsten ist, dass die Faser der optischen Leistung standhalten kann und die Größe des Modusfelds proportional zur Größe des Kerndurchmessers ist, was die Faserschadensschwelle effektiv verbessern kann, sodass die Energieübertragungs-Lichtwellenleiter mit einer Struktur mit großem Kerndurchmesser unvermeidlich geworden sind. Im Folgenden finden Sie eine kurze Einführung in mehrere wichtige Laserenergieübertragungsfasern mit großem Kerndurchmesser.
Konventionelle Faser mit großem Kerndurchmesser
Herkömmliche Fasern mit großem Kerndurchmesser haben eine Struktur wie herkömmliche Monomodefasern, da Kern und Mantel aus zwei Teilen bestehen. Der Kern ist größer. Bei hochreinem Quarzglas können als Mantelmaterial Kunststoff oder hochreines, fluordotiertes (F) Quarzglas gewählt werden. Kunststoffmantel haben eine hohe Zugfestigkeit und Strahlungsbeständigkeit; F-dotierte Glasmantel haben eine höhere Bandbreite und geringere Verluste.
In der Industrie sind herkömmliche Fasern mit großem Kerndurchmesser der am häufigsten verwendete Typ von Laserenergieübertragungsfasern und werden häufig in den Bereichen der Wärmebehandlung von Materialoberflächen, des Laserschweißens und des Laserschneidens verwendet. In der Medizin können Fasern mit großem Kerndurchmesser aufgrund ihrer Eigenschaften der hohen Energieübertragung, Isolierung und Biegsamkeit bei der endoskopischen Laserlithotripsie und der Prostatabehandlung eingesetzt werden.
Bild einer herkömmlichen Faserstruktur mit großem Kerndurchmesser und ihres Querschnitts (Quelle: Wuhan Changyingtong Optoelectronics)
Großer Kerndurchmesser Spezielle Struktur Homogenisierte Faser
Im Vergleich zu herkömmlichen Glasfasern mit großem Kerndurchmesser können Glasfasern mit großer Kerndurchmesser und spezieller Strukturhomogenisierung hauptsächlich die Struktur des Kerns ändern, sodass er nicht mehr die traditionelle runde Form hat, sondern rechteckige, quadratische, sechseckige, achteckige oder ringförmige Kerne usw., um die Anforderungen verschiedener Anwendungsszenarien zu erfüllen. Die einzigartige Kernstruktur ermöglicht eine homogene, flache Strahlausgabe. Im Vergleich zu herkömmlichen Glasfasern mit großem Kerndurchmesser konzentriert sich die Energieausgabe in der Mitte des Gaußschen Strahls, wodurch die Wirkung des Lasers und des Materials gleichmäßiger wird. Die gleichmäßige Energieverteilung des Lasers verbessert auch die Schadensschwelle der gesamten Faser und ist daher sehr vorteilhaft für High-End-Laserschweißen, Wärmebehandlung, Oberflächenreinigung, Photolithografie und Halbleiterwaferverarbeitung usw.
Bild eines Teilquerschnitts einer Homogenisierungsfaser mit großem Kerndurchmesser und spezieller Struktur (Quelle: Wuhan Changyingtong Optoelectronics)
Mikrostrukturfaser
Auch als photonische Kristallfaser bekannt, weist ihr Querschnitt eine komplexe Brechungsindexverteilung auf, normalerweise eine periodische Anordnung von dotierten Glasmaterialien oder Luftlöchern, es gibt zwei Hauptkategorien: Vollkern und Hohlkern. Hier konzentrieren wir uns auf Hohlkern-Mikrostruktur-Lichtwellenleiter, hauptsächlich drei Arten von Hohlkern-Bragg-Fasern, Hohlkern-Photonen-Bandlückenfasern und Hohlkern-Antiresonanzfasern, von denen Hohlkern-Bragg-Fasern hauptsächlich im Bereich der Sensorik verwendet werden, während Hohlkern-Photonen-Bandlückenfasern und Hohlkern-Antiresonanzfasern nicht nur im Bereich der Sensorik ein außergewöhnliches Potenzial aufweisen, sondern auch in zahlreichen hochmodernen wissenschaftlichen und technologischen Bereichen wie Energieübertragung und Hochgeschwindigkeitskommunikation weit verbreitet sind.
Im Vergleich zu Vollkernfasern haben Hohlkernfasern einen Luftkern, eine Eigenschaft, die ihnen den Vorteil geringer Dispersion und geringer nichtlinearer Effekte bietet und so sicherstellt, dass während der Übertragung eine gute Punktausgabequalität erhalten bleibt. Gleichzeitig bietet ihre hohe Schadensschwelle eine solide Unterstützung für verschiedene Hochleistungslaseranwendungen.
