Em lasers de fibra de alta potência - essenciais em aplicações médicas, industriais e científicas - o design da fibra essencial e revestimento As dimensões são fundamentais. Esses parâmetros estruturais controlam o manuseio de energia, a qualidade do feixe, a eficiência e o desempenho térmico. Veja como.

Diâmetro do núcleo: manuseio de potência vs. qualidade do feixe

Limiar de potência aumentado e efeitos não lineares reduzidos
A ampliação do núcleo da fibra reduz a intensidade óptica, aumentando o limiar de dano e suprimindo efeitos não lineares, como o espalhamento Brillouin e Raman estimulados — cruciais para o escalonamento de potência. Lasers modernos utilizam núcleos maiores para atingir regimes de quilowatts.

Trade-off: Propagação Multimodo
No entanto, núcleos maiores geralmente suportam múltiplos modos, reduzindo a qualidade do feixe. Em contraste, fibras monomodo com diâmetros de núcleo em torno de 8–10 µm e revestimento de ~125 µm preservam perfis de feixe limpos, embora com capacidades de potência restritas.

Projeto de Revestimento: Eficiência da Bomba e Gestão Térmica

Fibras de dupla camada para bombeamento eficiente
Uso de lasers de alta potência fibras duplamente revestidas , onde um revestimento interno direciona a luz bombeada (de fontes de menor brilho) ao redor de um núcleo dopado. Essa arquitetura permite um bombeamento eficiente do revestimento, possibilitando altas potências de saída e mantendo a qualidade do feixe.

A forma do revestimento é importante
Revestimentos internos com formas não circulares (por exemplo, deslocados ou retangulares) aumentam a absorção de luz, direcionando a luz de forma mais completa através do núcleo. Revestimentos circulares tendem a desperdiçar luz, permitindo que muitos raios passem pelo núcleo.

Compensações no tamanho do revestimento
Um revestimento maior permite o acoplamento de maior potência da bomba, mas a eficiência de absorção diminui com o quadrado do diâmetro do revestimento — exigindo fibras mais longas — o que pode gerar efeitos não lineares. Os projetistas devem equilibrar essa compensação.

Projetos avançados de fibras: LMA e estruturas cônicas

Fibras de grande área de modo (LMA)
As fibras LMA aumentam o diâmetro do núcleo, mantendo a operação monomodo, reduzindo a abertura numérica ou empregando técnicas de supressão de modo (como engenharia de índice de refração ou enrolamento). Este projeto permite alta potência de saída com qualidade de feixe limitada por difração.

Fibras cônicas de dupla camada (T-DCF)
As estruturas T-DCF transitam suavemente ao longo da fibra, de um núcleo estreito para uma extremidade multimodo larga. A luz que entra em modo único na extremidade estreita permanece no modo fundamental mesmo na extremidade larga, combinando alta qualidade do feixe com maior capacidade de potência.

Exemplos de recordes
Algumas fibras cônicas apresentam diâmetros de núcleo de até 200 µm com abertura numérica de ~0,11, permitindo amplificação sem distorção de pulsos de 60 ps com alta energia de pico.

Resumo resumido

Conclusão final

A delicada interação entre as dimensões do núcleo e do revestimento, aliada à engenharia geométrica inteligente e ao índice de refração, impulsiona a evolução dos lasers de fibra. Projetos como as fibras LMA e T-DCF permitem que os lasers alcancem potência sem precedentes, mantendo a pureza do feixe, abrindo caminho para dispositivos médicos avançados, instrumentação de precisão e muito mais.