Với công suất đầu ra ngày càng tăng của laser công nghiệp, làm thế nào để truyền laser năng lượng cao một cách an toàn, hiệu quả, khoảng cách xa và linh hoạt đã trở thành chìa khóa để thúc đẩy ứng dụng và phát triển sâu rộng của công nghệ laser trong các lĩnh vực công nghiệp, nghiên cứu khoa học và điều trị y tế. Công nghệ sợi truyền năng lượng laser có đường kính lõi lớn chắc chắn là một cách hiệu quả để mở khóa "mét cuối cùng" của laser để tiếp cận chính xác bối cảnh ứng dụng.
Đường kính lõi lớn là gì? Tức là đường kính lõi lớn hơn 50 μm, so với đường kính lõi sợi quang đơn mode truyền thống thường là 9 ~ 10 μm. Tại sao lại sử dụng đường kính lõi lớn? Đường kính lõi lớn có thể làm tăng hiệu quả diện tích trường mode sợi, giảm hiệu ứng phi tuyến tính và cải thiện chất lượng chùm tia; quan trọng nhất là sợi có thể chịu được công suất quang và kích thước trường mode tỷ lệ thuận với kích thước đường kính lõi có thể cải thiện hiệu quả ngưỡng hư hỏng sợi, do đó, sợi quang truyền năng lượng có cấu trúc đường kính lõi lớn đã trở nên tất yếu. Sau đây là phần giới thiệu ngắn gọn về một số sợi truyền năng lượng laser đường kính lõi lớn chính.
Sợi lõi lớn thông thường
Sợi lõi lớn thông thường, cấu trúc và sợi đơn mode truyền thống, lõi và lớp phủ hai phần của thành phần, kích thước lõi lớn hơn, đối với thủy tinh thạch anh có độ tinh khiết cao, vật liệu lớp phủ có thể chọn nhựa hoặc thủy tinh thạch anh pha tạp flo (F) có độ tinh khiết cao. Lớp phủ nhựa có độ bền kéo cao, khả năng chống bức xạ; lớp phủ thủy tinh pha tạp F có băng thông cao hơn và tổn thất thấp hơn.
Trong công nghiệp, sợi lõi lớn thông thường là loại sợi truyền năng lượng laser phổ biến nhất và được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực xử lý nhiệt bề mặt vật liệu, hàn laser và cắt laser. Trong y tế, sợi lõi lớn có thể được ứng dụng trong tán sỏi nội soi bằng laser và điều trị tuyến tiền liệt do đặc tính truyền năng lượng cao, cách điện và khả năng uốn cong.
Hình ảnh cấu trúc sợi lõi lớn thông thường và mặt cắt ngang của nó (Nguồn: Wuhan Changyingtong Optoelectronics)
Đường kính lõi lớn Cấu trúc đặc biệt Sợi đồng nhất
So với sợi quang lõi lớn thông thường, sợi quang lõi lớn có cấu trúc đồng nhất đặc biệt, chủ yếu là thay đổi cấu trúc lõi, không còn là lõi tròn truyền thống, chẳng hạn như lõi hình chữ nhật, lõi vuông, lõi lục giác, lõi bát giác, lõi hình xuyến, v.v., có thể đáp ứng nhu cầu của các tình huống ứng dụng khác nhau. Cấu trúc lõi độc đáo của nó, để đạt được đầu ra chùm tia phẳng đồng nhất, so với đầu ra sợi lõi lớn thông thường của năng lượng tập trung ở trung tâm của chùm tia Gaussian, có thể làm cho laser và vai trò của vật liệu đồng đều hơn, trong khi sự phân bố năng lượng đồng đều của laser cũng cải thiện ngưỡng hư hỏng của sợi nói chung, trong hàn laser cao cấp, xử lý nhiệt, làm sạch bề mặt, quang khắc và xử lý wafer bán dẫn, v.v., rất có lợi.
Hình ảnh một phần mặt cắt ngang của sợi đồng nhất cấu trúc đặc biệt có đường kính lõi lớn (nguồn: Wuhan Changyingtong Optoelectronics)
Sợi vi cấu trúc
Còn được gọi là sợi tinh thể quang tử, mặt cắt ngang của nó có phân bố chiết suất phức tạp, thường là sự sắp xếp tuần hoàn của vật liệu thủy tinh pha tạp hoặc lỗ khí, có hai loại chính là lõi rắn và lõi rỗng. Ở đây chúng tôi tập trung vào sợi quang vi cấu trúc lõi rỗng, chủ yếu là ba loại sợi Bragg lõi rỗng, sợi quang khe hở lõi rỗng và sợi phản cộng hưởng lõi rỗng, trong đó sợi Bragg lõi rỗng chủ yếu được sử dụng trong lĩnh vực cảm biến, trong khi sợi quang khe hở lõi rỗng và sợi phản cộng hưởng lõi rỗng, không chỉ cho thấy tiềm năng phi thường trong lĩnh vực cảm biến mà còn được sử dụng rộng rãi trong một số lĩnh vực khoa học và công nghệ tiên tiến, chẳng hạn như truyền năng lượng và truyền thông tốc độ cao.
So với sợi lõi đặc, sợi lõi rỗng có lõi không khí, một đặc điểm mang lại cho chúng lợi thế về độ phân tán thấp và hiệu ứng phi tuyến tính thấp, do đó đảm bảo chất lượng đầu ra tại chỗ tốt được duy trì trong quá trình truyền. Đồng thời, ngưỡng hư hỏng cao của nó cung cấp hỗ trợ vững chắc cho nhiều ứng dụng laser công suất cao.
