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섬유 결합 레이저 다이오드는 표준 레이저 다이오드를 통합하는 시스템 - 전류가 통과 할 때 섬유와 일관된 빛을 방출하는 반도체 장치 인 시스템입니다. 중요한 단계는 레이저 다이오드의 작은 조리개로부터 방출되는 확산 빔이 정확하게 초점을 맞추고 섬유의 작은 코어에 정렬되는 '커플 링'공정이다. 이 통합은 베어 메탈 레이저 다이오드를 사용하는 것보다 몇 가지 중요한 이점이 있습니다.
레이저 다이오드가 매우 빨리 퍼지는 빛의 광선을 방출하는 매우 작은 손전등이라고 상상해보십시오. 유용하지만, 이러한 분산 된 빔은 거리 또는 복잡한 광학 설정에서 정확하게 배향하기가 어렵다. 대신, 섬유는 전체 내부 반사의 원리 덕분에 최소한의 손실로 길이를 따라 빛을 안내하는 효율적인 광 튜브처럼 작용합니다. 레이저 다이오드를 섬유질에 결합하여 레이저 다이오드의 소형, 효과적인 광 생성 및 섬유 방향성, 낮은 손실 전송 기능입니다.
이 커플 링은 작지 않습니다. 신중한 정렬이 필요하며 종종 렌즈와 같은 전문 광학 (예 : 렌즈)을 사용하여 디오드 출력에서 섬유의 코어로 전달되는 빛의 양을 최대화하여 손실을 최소화합니다. 이 전달의 효율은 핵심 성능 메트릭이며, 일반적으로 커플 링 효율 (다이오드에 의해 방출 된 총 전력 대 섬유의 비율)으로 표현됩니다.
'파이버 커플 링'방법을 사용하는 이유는 무엇입니까?
레이저 다이오드와 함께 섬유를 사용하면 몇 가지 실질적인 과제가 해결됩니다.
쉽게 사용 및 통합 : 섬유는 유연하며 복잡한 시스템으로 쉽게 라우팅 할 수있어 정밀한 고정 고정 정렬을 제거하여 섬세한 레이저 다이오드 자체를 더 큰 장치에 배치 할 수 있습니다.
빔 품질 및 정확도 향상 : 섬유는 본질적으로 시준되고 투명하며 섬유는 1 차 다이오드 방출보다 균일하고 예측 가능한 출력 빔 곡선을 제공합니다.
환경 보호 : 섬유는 빛을 주변화하고 외부 오염 물질로부터 보호하며 다양한 환경에서 안정적인 성능을 보장합니다.
장거리 변속기 : 섬유는 레이저 라이트가 최소한의 감쇠 (신호 손실)로 상당한 거리를 이동할 수있게 해주므로 통신과 같은 응용 분야에 중요합니다.
멀티플렉싱 : 다중 섬유를 번들로 연결하거나 연결하여 단일 경로 또는 커넥터를 통해 여러 레이저 빔 또는 신호를 라우팅 할 수 있습니다.
이러한 기본 사항을 이해하면 이러한 다기능 구성 요소의 다양한 유형과 응용을 탐색하기위한 기초가됩니다.
섬유 결합 레이저 다이오드는 모 놀리 식 카테고리가 아닙니다. 그것들은 주로 레이저 다이오드의 핵심 유형과 결합 된 섬유의 특성으로 구별되는 다양한 형태로 나타납니다. 가장 일반적인 두 가지 차이점은 섬유 유형의 단일 모드 및 멀티 모드를 기반으로합니다.
단일 모드 섬유의 코어 직경은 매우 작습니다 (9 마이크론의 표준 통신 섬유는 약 9 미크론). 이들은 단일 번식 광 모드 만 지원하도록 설계되었으며, 이는 고도로 농축되고 일관된 출력 빔이 섬유 끝을 남겨 둡니다. 이러한 작은 코어에 빛을 효과적으로 혼합하려면 매우 정확한 정렬 및 고품질 광학이 필요하며 종종 전문적인 렌즈가 포함됩니다.
주요 기능 :
높은 빔 품질 : 출력 빔에는 명확한 가우스 프로파일, 낮은 차이 및 높은 공간 일관성이 있습니다. 이것은 저 빔 매개 변수 제품 (BPP)에 의해 정량화됩니다.
협착증 스펙트럼 폭 : 일반적으로 좁은 방출 스펙트럼을 갖는 레이저 다이오드와 함께 사용되며, 높은 스펙트럼 순도가 필요한 응용 분야에 중요합니다.
낮은 전력 처리 : 작은 코어 면적 및 고전력 밀도로 인해이 전력 밀도는 다중 모드 설정에 비해 최대 출력 전력을 제한 할 수 있으며 다이오드 및 섬유 끝면의 신중한 열 관리가 필요할 수 있습니다.
응용 프로그램 : 단일 모드 섬유 결합 다이오드는 현대 통신의 주요 행위자이며 대역폭은 높고 장거리 운반 데이터입니다. 또한 고정밀 간섭, 계측, 미세한 빔이 필요한 LIDAR 시스템 및 안과 또는 Dermatoscopes와 같은 특정 의료 응용 분야에서도 중요합니다.
멀티 모달 섬유는 더 큰 코어 직경을 가지고 있습니다 (다른 크기가 존재하지만 일반적으로 50 또는 62.5 미크론). 그들은 여러 전파 모드를 지원할 수 있습니다. 즉, 빛은 섬유 내의 여러 경로를 따라 이동할 수 있습니다. 이것은 더 넓은 출력 빔 프로파일로 이어지고 빛이 단일 모드 섬유에 비해 광섬유를 분리 할 때 더 높은 차이를 갖습니다.
주요 기능 :
더 낮은 빔 품질 : 다중 모드로 인해 출력 빔은 일관성이 떨어지고 차이가 더 높습니다. 이것은 더 높은 BPP에 반영됩니다.
더 높은 전력 처리 : 더 큰 핵심 영역은 손상 임계 값에 도달하기 전에 더 높은 총 전력 전송을 허용하므로 더 높은 전력 응용 프로그램에 적합합니다.
더 간단한 커플 링 : 더 큰 코어와 분화 된 다이오드 번들을 정렬하는 것은 일반적으로 단일 모드 커플 링보다 쉽고 약간의 오정렬에 더 민감하여 제조 비용을 줄일 수 있습니다.
적용 : 멀티 모드 섬유 결합 다이오드 다이오드 다이오드 다이오드는 레이저 절단, 용접 및 마킹과 같은 산업용 레이저 처리에 널리 사용되며, 높은 전력은 일반적으로 빔 품질보다 높은 전력이 더 중요합니다. 또한 고형 상태 또는 섬유 레이저가 펌핑되는 응용 분야, 섬유 센서 (특히 모달 분산에 민감한) 및 짧은 거리의 특정 데이터 통신 응용 프로그램에 사용됩니다.
기타 유형 및 변경 사항 :
단일 모드와 멀티 모드의 차이점 외에도 다음과 같습니다.
조정 가능한 섬유 결합 레이저 다이오드 :이 장치는 출력 파장 (예 : 외부 공동 또는 격자)을 조정하는 메커니즘을 통합하여 단일 모듈이 일련의 스펙트럼 라인을 덮을 수 있습니다. 이것은 다른 재료 또는 측정 된 파장이 필요한 스펙트럼 및 감지 응용 분야에서 가치가 있습니다.
고출력 섬유 결합 다이오드 : 이들은 종종 산업 공정을 요구하는 중요한 광학 전력 (10 개 또는 수백 와트)을 제공하도록 설계된 다중 모드 장치입니다. 그들은 종종 물 냉각과 같은 고급 열 관리 기능을 결합하여 많은 양의 열을 소비합니다.
파장 안정 섬유 결합 다이오드 :이 기술은 섬유 내에 섬유 브래그 하플 링 (FBG)을 사용하여 다이오드로 다시 가져 오는 매우 좁은 파장 만 반영하여 방출을 특정 파장으로 효과적으로 잠그므로 정밀한 응용 분야에 중요합니다.
이러한 다양한 유형을 이해하면 필요한 전력, 빔 질량, 파장 및 응용 거리의 균형을 맞추고 작업에 적합한 도구를 선택할 수 있습니다.
섬유 결합 레이저 다이오드의 다양성은 레이저 다이오드와 광섬유의 결합 된 강도에서 비롯됩니다. 그들은 통제되고 일관된 조명을 효율적이고 유연하게 제공 할 수있어 다양한 현대 기술에 필수적입니다.
이것은 가장 두드러진 응용 프로그램이라고 할 수 있습니다. 단일 모드 섬유 결합 다이오드는 장거리 및 고속 데이터 네트워크의 중추입니다. 그들은 데이터에 의해 전달되는 광학 신호를 섬유 인프라로 효과적으로 활성화하여 더 먼 거리에서 높은 대역폭 통신을 허용하고 신호 감소를 줄일 수 있습니다. 그들의 정확한 파장 제어 및 높은 커플 링 효율은 복잡한 네트워크 환경에서 신호 무결성을 유지하는 데 중요합니다.
제조 산업에서, 멀티 모달 섬유 결합 다이오드는 금속 및 플라스틱에서 복합재에 이르기까지 다양한 재료의 레이저 절단, 용접, 드릴링 및 마킹에 널리 사용됩니다. 섬유를 통해 전달되는 고전력은 신속하게 제거되거나 융합 될 수 있으며, 섬유의 유연성은 복잡한 부분 형상 및 원격 처리를 허용합니다. 단일 모드 버전은 마이크로 웰링 또는 번짐과 같은보다 정확한 작업에 사용됩니다.
섬유 결합 다이오드가 제공하는 정확도와 제어는 의료 응용 분야에서 높은 가치가 있습니다. 이들은 레이저 수술에 사용되어 정확한 조직 절제 또는 응고를 수행하고 섬유질이 어려운 해부학 적 위치에 도달 할 수있는 능력에 의존합니다. 치과 측면에서, 그들은 공동 준비 또는 치은 치료와 같은 절차를 지원합니다. 이들은 내시경 의료 영상 시스템의 필수 부분으로 유연한 섬유를 통한 조명을 제공하거나 스펙트럼 분석을 가능하게합니다. 저전력 다이오드는 광 역학 요법 및 특정 진단 도구에 사용됩니다.
섬유 결합 다이오드는 다양한 감지 시스템의 핵심 구성 요소입니다. 섬유와의 통합을 통해 분산 또는 점 센서를 생성하여 온도, 압력, 변형 또는 화학적 농도와 같은 파라미터를 섬유 길이에 따라 측정 할 수 있습니다. 계측에서는 치수, 거리 또는 표면 프로파일의 고정밀 측정을위한 간섭계에 대한 안정적인 광원입니다.
학제 간 연구자들은 섬유 결합 다이오드를 사용하여 다양한 실험을 수행합니다. 그들은 분광법, 현미경, 양자 광학 실험 및 원자 물리 연구를위한 안정, 조절 가능 또는 고출력 광원을 제공합니다. 섬유를 실험 설정에 통합하는 용이성은 복잡한 광학 정렬을 단순화합니다.
섬유 결합 다이오드도 덜 분명하지만 틈새 역할도 소비자 장치에서도 발견되었습니다. 거리에 민감한 조명을 제공하는 자율 주행 차량 또는 ADA (Advanced Driver Assistance Systems)의 일부 LIDAR 시스템에서 사용될 수 있습니다. 또한 대규모 전자 구성 요소 또는 특수 이미징 장치에서 고속 데이터 링크에 참여할 수도 있습니다.
이러한 응용 분야의 폭은 현대 기술에서 섬유 결합 레이저 다이오드의 근본적인 중요성을 강조합니다.
레이저 절단은 현대식 제조의 초석 기술로 광범위한 재료를 처리하기위한 정밀, 속도 및 다양성을 제공합니다. 섬유 결합 레이저 다이오드, 특히 고전력 멀티 모드 변이체는이 도메인, 종종 산업 섬유 레이저의 광원 또는 직접 다이오드 절단 시스템 자체로 점점 더 중요 해지고 있습니다.
섬유 커플 링 다이오드로 레이저를 자르는 방법 :
전력 전송 : 레이저 절단 (특히 직접 다이오드 시스템)에서 섬유 결합 다이오드의 주요 역할은 필요한 광전력을 절단 헤드로 전달하는 것입니다. 일반적으로 멀티 모드 구성에서 고출력 레이저 다이오드는 강한 빛을 생성합니다. 이 램프는 강력한 다중 모드 섬유에 결합되며 금속 및 기타 재료를 절단하는 데 필요한 높은 전력 레벨을 처리 할 수 있습니다. 섬유는 도관으로 작용 하여이 전력을 절단 노즐로 효과적으로 전달합니다.
빔의 형성 및 초점 : 섬유 자체는 특정 지침을 제공하지만, 섬유 끝의 출력은 절단에 필요한 작은 점에 비해 여전히 비교적 크다. 절단 헤드 어셈블리에는 일반적으로 렌즈 또는 특수 광학 요소가 포함되어있어 섬유를 공작물 표면에 작은 직경의 빛의 광선에 놓습니다. 이 초점의 질량은 섬유의 빔 파라미터에 의해 영향을받으며, 이는 섬유의 유형 및 커플 링 효율에 따라 다릅니다.
유연성 및 통합 : 섬유는 절단 헤드에서 고전력 레이저 소스 (다이오드 모듈)의 원격 위치를 허용합니다. 이 분리는 실제적인 작동에 중요합니다. 그것은 대량의 가열 다이오드 모듈을 제어 된 환경에 배치 할 수있게하는 반면, 광섬유 출력과 초점 광학 만 포함 된 경량 절단 헤드는 절단 기계의 갠트리를 통해 정확하게 조작 될 수 있습니다. 이 설정은 기계 설계를 단순화하고 진동을 줄이며 전반적인 시스템 안정성을 향상시킵니다.
직접 다이오드 절단 및 섬유 레이저 펌프 : 직접 다이오드 절단 및 섬유 결합 다이오드 펌프 광섬유 레이저 시스템을 구별하는 것이 중요합니다. 직접 절단에서, 다이오드의 출력 (일반적으로 약 808nm 또는 915nm/976nm)은 재료에 직접 집중됩니다. 섬유 레이저 시스템에서, 다중 모드 섬유 결합 다이오드는 희귀 지구에 도핑 된 섬유 (보통 도핑 된 섬유)로 펌핑 된 다음보다 쉽게 고정 된 파장 (약 1070-1100 nm)으로 산성화된다. 두 가지 접근법 모두 섬유 결합 다이오드를 사용하지만 직접 접근 방식은 광섬유 레이저에 비해 빔 품질이 다를 수 있지만 때때로 더 높은 전기에 대한 광학 효율 및 더 간단한 시스템 아키텍처를 제공 할 수 있습니다.
레이저 절단의 장점 :
고효율 : 광섬유 결합 다이오드 시스템, 특히 직접 다이오드 구성은 높은 전기 변환 효율을 제공하여 운영 비용을 줄일 수 있습니다.
빠른 처리 : 높은 전력 전송은 많은 재료에 빠른 절단 속도를 제공합니다.
재료 다양성 : 다양한 재료, 특히 금속 절단에 적합합니다.
시스템 단순성 (직접 다이오드) : 광학 구성 요소가 적 으면 일부 전통적인 레이저 시스템보다 신뢰성이 높아지고 유지 보수가 더 낮아집니다.
레이저에서 섬유 결합 레이저 다이오드의 역할을 이해하면 실제 효과가 강조되어 이론적 광자를 유형의 제조 기능으로 변환합니다.
많은 섬유 결합 레이저 다이오드가 고정 된 파장에서 작동하지만 기술 발전으로 인해 여러 파장에서 빛을 방출 할 수있는 장치가 개발되었습니다. 이 파장은 새로운 가능성을 열고 다양한 응용 분야에서 특정 문제를 해결할 수 있습니다.
파장에서 작동을 구현하는 방법 :
섬유 커플 링 시스템에서 다중 파장 방출을 구현하는 몇 가지 방법이 있습니다.
조정 가능한 레이저 다이오드 : 내장 튜닝 메커니즘 (예 : 외부 공동 다이오드 또는 수직 캐비티 표면 방출 레이저 (VCSEL)가 통합 된 그레이팅과 같은 레이저 다이오드 사용은 특정 범위 내에서 전자적으로 조정할 수 있습니다. 이 다이오드는 표준 기술을 사용하여 결합됩니다.
다중 다이오드 통합 : 단일 소프트웨어 패키지에는 여러 개의 레이저 다이오드가 포함되어 있으며 각각은 서로 다른 파장에서 방출됩니다. 내부 또는 외부 스위칭 메커니즘 (예 : 광 스위치 또는 멀티플렉서)은 출력 섬유에 대한 다이오드의 광학 커플 링을 선택할 수 있습니다.
하이브리드 시스템 : 단일 파장 섬유 결합 다이오드는 비선형 광학 결정 (주파수 배가, 트리플렛 등) 또는 광학 파라미터 발진기 (OPOS)와 같은 외부 파장 변환 요소와 결합 할 수 있지만, 일반적으로 간단한 '섬유 커플 링 다이오드'및 더 복잡한 레이저 시스템을 넘어선 다.
Dopollon Long의 혜택 및 응용 :
재료 취급 최적화 : 다른 재료는 특정 파장에서 가장 효율적으로 빛을 흡수합니다. 다중 파장 섬유 결합 다이오드를 대상 재료의 최적 파장으로 조정하거나 전환하여 절단, 용접 또는 절제 효율 및 품질을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 플라스틱은 980nm에서 더 잘 흡수 될 수 있지만 일부 금속은 808nm 또는 1064nm에서 더 효율적 일 수 있습니다.
분광법 및 감지 : 많은 분석 기술은 화학적 조성 또는 물리적 특성을 식별하기 위해 특정 파장에서 빛을 방출하는 재료를 탐지하는 데 의존합니다. 조정 가능한 섬유 커플 링의 소스는 스펙트럼에 걸쳐 빠르게 스캔하여 특성 흡수 또는 방출 라인에 의해 샘플의 여러 구성 요소 또는 기능을 식별 할 수 있습니다.
의료 응용 : 다른 생물학적 조직 또는 발색단은 다양한 파장과 다르게 반응합니다. 다중 파장 능력은 의료 영상 (예 : 주변 조직과의 혈관 구별) 및 치료 적용 (예 : 특정 세포 또는 광 역학 요법의 깊이)에서 가치가 있습니다.
통신 : 기본 변속기가 적지 만, 다중 파장 소스는 고용량 데이터 전송을 위해 서로 다른 파장의 다중 신호가 단일 섬유에 결합되는 조밀 한 파장 애플리케이션 멀티플렉싱 (DWDM) 시스템에서 중요합니다. 섬유 결합 조절 식 레이저는 이러한 시스템 테스트 및 측정 장비의 핵심 구성 요소입니다.
도전:
최적의 커플 링 광학이 파장에 따라 약간 변할 수 있으므로 다양한 파장에서 우수한 커플 링 효율을 달성하는 것은 어려울 수 있습니다. 또한, 튜닝 범위에서 안정적인 출력 전력 및 모드 특성을 유지하려면 레이저 다이오드 및 결합 광학의 신중한 설계가 필요합니다.
다중 파장을 사용하는 능력은 광섬유 커플 링 레이저 다이오드의 유연성과 적용 가능성을 크게 향상시켜 광자 툴킷에 더 유용합니다.
