Um laser acoplado a fibra é um laser de diodo, onde a luz gerada é guiada e entregue por uma fibra óptica em vez de ser emitida como uma viga de espaço livre . Um laser acoplado a fibra é um tipo de sistema a laser em que o feixe de laser, gerado por uma fonte de laser (por exemplo, lasers de diodo, lasers de estado sólido), é eficientemente acoplado a uma fibra óptica para transmissão, entrega ou processamento adicional. Ao contrário de 'lasers de espaço livre ' (onde o feixe viaja pelo ar), os lasers acoplados a fibras alavancam as fibras ópticas para guiar o feixe de laser, permitindo que as aplicações flexíveis, estáveis e precisas em aplicações industriais, médicas, científicas e consumidores.
Componentes principais de um laser acoplado a fibra
Um sistema laser acoplado a fibra típico consiste em três partes principais, trabalhando juntas para garantir o acoplamento e transmissão eficientes de feixe:
Componente
Função
Detalhes principais
Fonte a laser
Gera o feixe de laser inicial
Tipos comuns: - Lasers de diodo (mais amplamente utilizados para custo/eficiência). - Lasers de estado sólido (por exemplo, ND: YAG, para alta qualidade de potência/feixe). - Lasers de fibra (Nota: Os lasers de fibra geram luz nas fibras; lasers acoplados a fibras entregam luz via fibras, que podem incluir fontes de laser de fibra).
Acoplamento óptica
Ponte a fonte do laser para a fibra óptica
Crítico para minimizar a perda do feixe: - Lentes (lentes de colimação para focar o feixe de laser divergente; foco nas lentes para combinar com a abertura numérica do feixe com a fibra). - Mecanismos de alinhamento (para alinhar com precisão o feixe de laser com o núcleo da fibra, pois mesmo o desalinhamento em escala de mícrons causa grandes perdas).
Fibra óptica
Guia o feixe de laser acoplado
Projetado para compatibilidade a laser: - núcleo: região central que transmite o feixe de laser (diâmetro varia de ~ 5 μm para alta qualidade do feixe a ~ 1000 μm para entrega de alta potência). - revestimento: envolve o núcleo; possui um índice de refração mais baixo para prender a luz por meio de reflexão interna total (TIR). - Casado: protege a fibra contra danos mecânicos e interferência ambiental (por exemplo, umidade, poeira).
Como funciona o acoplamento de fibras?
O objetivo de 'acoplamento ' é transferir o máximo possível de energia do feixe de laser para o núcleo da fibra, preservando a qualidade do feixe. O processo depende de dois princípios principais:
Parâmetros de feixe correspondente para acoplamento eficiente, as propriedades do feixe de laser devem corresponder às especificações da fibra:
Abertura numérica (NA): uma medida da capacidade da fibra de aceitar luz. O NA do feixe de laser (determinado por seu ângulo de divergência) deve ser ≤ o Na da fibra para evitar a luz escapar do núcleo.
Diâmetro do feixe: o diâmetro do feixe de laser focado deve corresponder ao diâmetro do núcleo de fibra. Se o feixe for muito grande, atinge o revestimento e é perdido; Se muito pequena, desperdiça a capacidade da fibra.
Minimizando as perdas, mesmo com correspondência perfeita de parâmetros, as perdas ocorrem devido a:
Erros de alinhamento: desalinhamento (lateral, angular ou axial) entre o feixe de laser e o núcleo da fibra (a causa número 1 da perda de acoplamento).
Imperfeições ópticas: espalhamento de lentes sujas/extremidades de fibra ou reflexões em interfaces de vidro de ar (mitigadas com revestimentos anti-reflexivos).
FILDA DE FIBRA: A flexão excessiva da fibra pode causar 'perda de flexão ' (vazamentos de luz para fora do núcleo), para que as fibras sejam classificadas para o raio mínimo de curvatura.
Principais vantagens sobre lasers de espaço livre
Os lasers acoplados a fibras resolvem limitações críticas dos sistemas de laser de espaço livre, tornando-os dominantes na maioria das aplicações práticas:
Descrição
da vantagem
Entrega de feixe flexível
As fibras ópticas são leves e dobráveis, permitindo que o feixe de laser atinja espaços apertados ou remotos (por exemplo, dentro de uma máquina -ferramenta ou corpo humano).
Desempenho estável
A fibra protege o feixe da interferência ambiental (turbulência do ar, poeira, vibração) que degrada feixes de espaço livre.
Design compacto
A fibra elimina a necessidade de espelhos/lentes grandes e fixos (usados em sistemas de espaço livre), reduzindo o tamanho e o custo do laser.
Operação segura
A fibra contém o feixe de laser, reduzindo o risco de exposição acidental (crítica para lasers de alta potência).
Escalabilidade
Vários lasers acoplados a fibra podem ser combinados (via combinadores de fibra) para proporcionar uma potência mais alta do que um único laser.
Aplicações comuns
Os lasers acoplados a fibras são onipresentes entre as indústrias devido à sua versatilidade. Os principais casos de uso incluem:
Fabricação industrial
Corte/soldagem a laser: As fibras fornecem feixes de alta potência a braços robóticos para corte de precisão de metais (por exemplo, peças automotivas) ou soldagem de eletrônicos.
Marca a laser: lasers de fibra de baixa potência marcam códigos de barras, logotipos ou números de série em plásticos, metais e vidro (por exemplo, invólucros de smartphones).
Medical & Biomedical
Cirurgia: Os lasers de diodo acoplado a fibra fornecem calor controlado para procedimentos minimamente invasivos (por exemplo, cirurgia ocular a laser, tratamentos dermatológicos para tatuagens ou lesões).
Imagem: lasers de baixa potência acoplados às fibras ópticas permitem endoscopia (imagem dentro do corpo) ou microscopia confocal (imagem biológica de alta resolução).
Pesquisa científica
Espectroscopia: as fibras entregam luz a laser a amostras em ambientes agressivos (por exemplo, reatores de alta temperatura) ou locais remotos (por exemplo, estudos de campo de gases atmosféricos).
Sensoras ópticas: Sensores de potência a lasers acoplados a fibra para medir a temperatura, pressão ou tensão (por exemplo, monitoramento de oleodutos ou integridade estrutural da ponte).
Consumidor e telecomunicações
Comunicações de fibra óptica: Enquanto o Telecom usa lasers de grau de comunicação ', o acoplamento de fibra é fundamental para transmitir sinais de laser a longas distâncias (por exemplo, backbones da Internet).
Impressão 3D: Lasers acoplados a fibra derretem ou sinterizam materiais (por exemplo, pós de metal) na fabricação aditiva.
Métricas principais de desempenho
Ao avaliar um laser acoplado a fibra, essas métricas definem sua qualidade e adequação para um aplicativo:
Eficiência de acoplamento : a porcentagem de energia a laser transferida para a fibra (normalmente 70 a 95% para sistemas comerciais;> 90% é considerada de alta eficiência).
Qualidade de potência/feixe de saída: potência (watts, MW) e qualidade do feixe (fator m²; m² = 1 é um feixe gaussiano perfeito, crítico para tarefas de precisão como cirurgia ou micro-máquinas).
Tipo de fibra :
Fibra de modo único (SMF): núcleo pequeno (~ 5-10 μm), NA baixo, oferece alta qualidade do feixe (m²≈1), mas baixa potência (usada para telecomunicações, microscopia).
Fibra multimodo (MMF): núcleo maior (~ 50-1000 μm), NA mais alto, oferece alta qualidade de potência, mas menor qualidade do feixe (usado para corte, soldagem).
Confiabilidade: Tempo médio entre falhas (MTBF) - Os sistemas industriais requerem MTBF> 10.000 horas.
Resumo
Em suma, um laser acoplado a fibra é uma solução de entrega de feixe 'que combina a potência/precisão dos lasers com a flexibilidade/estabilidade das fibras ópticas. Ao resolver as limitações dos lasers de espaço livre, tornou-se o cavalo de trabalho das aplicações modernas a laser, da fabricação à medicina. Seu valor central está na transmissão eficiente, flexível e confiável da luz do laser para onde é mais necessário.
O BU-Laser fornece módulos a laser acoplado a fibra com várias opções de especificação (375nm- 980nm, potência de saída de 1MW-200W, fibras e dimensões diferentes) para melhor atender às necessidades dos clientes de laser a laser/CTS de LDI/laser de tratamento médico. Para saber mais, entre em contato conosco em Song@bu-laser.com.
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