ด้วยกำลังส่งออกของเลเซอร์อุตสาหกรรมที่เพิ่มขึ้น วิธีการส่งเลเซอร์พลังงานสูงอย่างปลอดภัย มีประสิทธิภาพ ระยะไกล และยืดหยุ่นได้ จึงกลายเป็นกุญแจสำคัญในการส่งเสริมการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเลเซอร์ในเชิงลึกและการพัฒนาด้านอุตสาหกรรม การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ และการรักษาทางการแพทย์ เทคโนโลยีไฟเบอร์ส่งพลังงานเลเซอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนใหญ่เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการปลดล็อก "เมตรสุดท้าย" ของเลเซอร์เพื่อเข้าถึงฉากการใช้งานได้อย่างแม่นยำ
เส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางขนาดใหญ่คืออะไร? นั่นคือ เส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางมีขนาดใหญ่กว่า 50 μm เมื่อเทียบกับเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางของเส้นใยโหมดเดี่ยวแบบดั้งเดิมซึ่งปกติแล้วจะอยู่ที่ 9 ~ 10 μm เหตุใดจึงต้องใช้เส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางขนาดใหญ่ เส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางขนาดใหญ่สามารถเพิ่มพื้นที่ฟิลด์โหมดเส้นใยได้อย่างมีประสิทธิภาพ ลดผลกระทบที่ไม่เป็นเชิงเส้น และปรับปรุงคุณภาพลำแสง ที่สำคัญที่สุด เส้นใยสามารถทนต่อพลังงานแสงได้ และขนาดฟิลด์โหมดเป็นสัดส่วนกับขนาดของเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลาง ซึ่งสามารถปรับปรุงเกณฑ์ความเสียหายของเส้นใยได้อย่างมีประสิทธิภาพ ดังนั้น เส้นใยนำแสงแบบถ่ายโอนพลังงานที่มีโครงสร้างเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางขนาดใหญ่จึงกลายเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ต่อไปนี้เป็นคำแนะนำสั้นๆ เกี่ยวกับเส้นใยส่งพลังงานเลเซอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนกลางขนาดใหญ่หลักๆ หลายแบบ
ไฟเบอร์ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางแกนใหญ่แบบธรรมดา
เส้นใยแกนกลางขนาดใหญ่แบบธรรมดา โครงสร้างและเส้นใยโหมดเดี่ยวแบบดั้งเดิม โดยแกนกลางและปลอกหุ้มสองส่วนขององค์ประกอบ ขนาดแกนกลางจะใหญ่กว่า สำหรับแก้วควอทซ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง วัสดุหุ้มสามารถเลือกพลาสติกหรือแก้วควอทซ์ที่มีฟลูออรีนเจือปน (F) ที่มีความบริสุทธิ์สูงได้ แก้วควอทซ์เจือปนพลาสติกมีความแข็งแรงดึงสูง ทนต่อรังสี แก้วควอทซ์เจือปน F มีแบนด์วิดท์ที่สูงขึ้น และการสูญเสียที่ต่ำกว่า
ในอุตสาหกรรม ไฟเบอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนใหญ่แบบธรรมดาเป็นประเภทไฟเบอร์ส่งผ่านพลังงานเลเซอร์ที่พบมากที่สุด และใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการอบชุบพื้นผิววัสดุ การเชื่อมด้วยเลเซอร์ และการตัดด้วยเลเซอร์ ในทางการแพทย์ ไฟเบอร์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนใหญ่สามารถใช้ในการทำลายนิ่วด้วยเลเซอร์ผ่านกล้องและการรักษาต่อมลูกหมากได้ เนื่องจากมีคุณสมบัติในการส่งผ่านพลังงานสูง เป็นฉนวนไฟฟ้า และดัดงอได้
ภาพของโครงสร้างเส้นใยแกนกลางขนาดใหญ่แบบธรรมดาและหน้าตัด (ที่มา: Wuhan Changyingtong Optoelectronics)
โครงสร้างพิเศษที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนขนาดใหญ่ เส้นใยเนื้อเดียวกัน
เมื่อเทียบกับใยแก้วนำแสงแบบแกนใหญ่ทั่วไป ใยแก้วนำแสงแบบแกนใหญ่มีโครงสร้างพิเศษที่ทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน โดยหลักๆ แล้ว โครงสร้างของแกนจะเปลี่ยนไป ไม่ใช่แบบกลมแบบดั้งเดิม เช่น แกนสี่เหลี่ยม แกนสี่เหลี่ยม แกนหกเหลี่ยม แกนแปดเหลี่ยม แกนวงแหวน เป็นต้น สามารถตอบสนองความต้องการของสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกันได้ โครงสร้างแกนที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะตัว เพื่อให้ได้ลำแสงด้านบนแบนที่เป็นเนื้อเดียวกัน เมื่อเปรียบเทียบกับใยแก้วนำแสงแบบแกนใหญ่ทั่วไป พลังงานที่กระจุกตัวอยู่ตรงกลางลำแสงแบบเกาส์เซียน สามารถทำให้เลเซอร์และบทบาทของวัสดุมีความสม่ำเสมอมากขึ้น ในขณะที่การกระจายพลังงานของเลเซอร์ที่สม่ำเสมอยังช่วยปรับปรุงเกณฑ์ความเสียหายของใยแก้วนำแสงโดยรวมอีกด้วย มีประโยชน์อย่างมากในการเชื่อมด้วยเลเซอร์ระดับไฮเอนด์ การอบชุบด้วยความร้อน การทำความสะอาดพื้นผิว การพิมพ์ด้วยแสง และการประมวลผลเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ เป็นต้น
ภาพส่วนหนึ่งของหน้าตัดของเส้นใยแก้วโครงสร้างพิเศษที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางแกนใหญ่ (ที่มา: Wuhan Changyingtong Optoelectronics)
เส้นใยโครงสร้างจุลภาค
เรียกอีกอย่างว่าเส้นใยคริสตัลโฟตอนิกส์ หน้าตัดของเส้นใยมีการกระจายดัชนีหักเหที่ซับซ้อน โดยปกติแล้วจะมีการจัดเรียงเป็นระยะๆ ของวัสดุแก้วโดปหรือรูอากาศ มี 2 ประเภทหลักคือแกนแข็งและแกนว่าง ที่นี่เราเน้นที่เส้นใยนำแสงที่มีโครงสร้างจุลภาคแบบแกนกลวง โดยหลักๆ แล้วคือเส้นใยแบร็กก์แบบแกนกลวง 3 ชนิด เส้นใยแบนด์แก็ปโฟตอนิกแบบแกนกลวง และเส้นใยแอนตี้เรโซแนนซ์แบบแกนกลวง ซึ่งเส้นใยแบร็กก์แบบแกนกลวงส่วนใหญ่ใช้ในด้านการตรวจจับ ในขณะที่เส้นใยแบนด์แก็ปโฟตอนิกแบบแกนกลวงและเส้นใยแอนตี้เรโซแนนซ์แบบแกนกลวง ซึ่งไม่เพียงแต่แสดงให้เห็นถึงศักยภาพอันน่าทึ่งในด้านการตรวจจับเท่านั้น แต่ยังถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่ล้ำสมัยหลายสาขา เช่น การส่งพลังงานและการสื่อสารความเร็วสูง
เมื่อเปรียบเทียบกับไฟเบอร์แกนแข็งแล้ว ไฟเบอร์แกนกลวงจะมีแกนอากาศ ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะที่ทำให้ไฟเบอร์แกนกลวงมีข้อได้เปรียบในเรื่องการกระจายแสงต่ำและเอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้นต่ำ จึงรับประกันได้ว่าคุณภาพเอาต์พุตจุดที่ดีจะคงอยู่ในระหว่างการส่งสัญญาณ ขณะเดียวกัน เกณฑ์ความเสียหายที่สูงยังช่วยให้รองรับการใช้งานเลเซอร์กำลังสูงต่างๆ ได้อย่างมั่นคง
