Dans les lasers à fibre haute puissance, essentiels dans les applications médicales, industrielles et scientifiques, la conception de la fibre cœur et revêtement Les dimensions sont essentielles. Ces paramètres structurels régissent la gestion de la puissance, la qualité du faisceau, le rendement et les performances thermiques. Voici comment.

Diamètre du noyau : puissance admissible par rapport à la qualité du faisceau

Seuil de puissance accru et effets non linéaires réduits
L'agrandissement du cœur de la fibre réduit l'intensité optique, augmentant ainsi le seuil de dommage et supprimant les effets non linéaires tels que la diffusion Brillouin et Raman stimulée, essentiels à la mise à l'échelle de la puissance. Les lasers modernes exploitent des cœurs plus grands pour atteindre des régimes de puissance de l'ordre du kilowatt.

Compromis : propagation multimode
Cependant, les cœurs plus gros prennent souvent en charge plusieurs modes, ce qui diminue la qualité du faisceau. En revanche, fibres monomodes avec des diamètres de noyau d'environ 8 à 10 µm et un revêtement d'environ 125 µm, ils préservent des profils de faisceau propres, bien qu'à des capacités de puissance limitées.

Conception de revêtement : efficacité de la pompe et gestion thermique

Fibres à double gaine pour un pompage efficace
Utilisation de lasers de haute puissance fibres à double gaine , où un revêtement intérieur Les guides pompent la lumière (provenant de sources de faible luminosité) autour d'un cœur dopé. Cette architecture permet un pompage efficace de la gaine, permettant des puissances de sortie élevées tout en préservant la qualité du faisceau.

La forme du revêtement est importante
Les gaines intérieures de forme non circulaire (par exemple, décalées ou rectangulaires) améliorent l'absorption de la pompe en dirigeant la lumière plus efficacement à travers le cœur. Les gaines circulaires ont tendance à gaspiller la lumière de la pompe en laissant de nombreux rayons contourner le cœur.

Compromis sur la taille du revêtement
Une gaine plus large permet de coupler une puissance de pompage plus importante, mais l'efficacité d'absorption diminue avec le carré du diamètre de la gaine, nécessitant des fibres plus longues, ce qui peut entraîner des effets non linéaires. Les concepteurs doivent trouver un compromis.

Conceptions de fibres avancées : LMA et structures coniques

Fibres à large zone modale (LMA)
Les fibres LMA augmentent le diamètre du cœur tout en maintenant un fonctionnement monomode en réduisant l'ouverture numérique ou en utilisant des techniques de suppression de mode (comme l'ingénierie de l'indice de réfraction ou le bobinage). Cette conception permet une puissance de sortie élevée avec une qualité de faisceau limitée par la diffraction.

Fibres coniques à double gaine (T-DCF)
Les structures T-DCF effectuent une transition fluide le long de la fibre, d'un cœur étroit à une extrémité multimode large. La lumière entrant en mode unique par l'extrémité étroite reste dans le mode fondamental même à l'extrémité large, alliant ainsi une qualité de faisceau élevée à une capacité de puissance accrue.

Exemples de records
Certaines fibres coniques présentent des diamètres de cœur allant jusqu'à 200 µm avec une ouverture numérique d'environ 0,11, permettant une amplification sans distorsion d'impulsions de 60 ps avec une énergie de crête élevée.

Résumé en un coup d'œil

Conclusion finale

L'interaction subtile entre les dimensions du cœur et de la gaine, combinée à une ingénierie intelligente de la géométrie et de l'indice de réfraction, est à l'origine de l'évolution des lasers à fibre. Des conceptions comme les fibres LMA et T-DCF permettent aux lasers d'atteindre une puissance sans précédent tout en préservant la pureté du faisceau, ouvrant ainsi la voie aux dispositifs médicaux avancés, à l'instrumentation de précision et au-delà.