láser de diodo acoplado de fibra

FCD (Diodo acoplado de fibra) significa que la luz generada por un láser de diodo múltiple se acopla en una fibra multimodo de un solo núcleo mediante una matriz de micro lentes, para enviar luz al lugar objetivo.
Los láseres de diodo acoplados con fibra (también llamados fibra integrada) tienen varias ventajas:
La luz que sale de la fibra tiene un perfil de intensidad circular y suave (homogeneizado) y una calidad de haz simétrica, que en muchos casos es muy conveniente. Por ejemplo, se requieren ópticas menos sofisticadas para generar un punto de bombeo circular para un láser de estado sólido con bombeo final.
Es posible eliminar los diodos láser junto con sus disposiciones de enfriamiento, por ejemplo. desde un cabezal láser de estado sólido, que puede ser más compacto, y queda más espacio para otras partes en este lugar.
Los láseres de diodo acoplados a fibra defectuosos se pueden reemplazar fácilmente sin cambiar la alineación del dispositivo donde se usa la luz.
Los dispositivos acoplados con fibra se pueden combinar fácilmente con otros componentes de fibra óptica.

1. Onda continua, alta potencia
2. Distribución uniforme de energía.
3. Baja tasa de daño
4. Vida útil hasta 50 millones de tiros.

Relación de volumen = 1: 15

1 El canal de enfriamiento ampliado evita el bloqueo de micro-canales, lo que asegura el enfriamiento de manera efectiva.

2 Con un mayor volumen de generador de láser, la disminución del flujo de calor evita el daño térmico al láser.

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Tipos de láseres de diodo acoplados a fibra

Por lo tanto, muchos láseres de diodo se venden en forma de fibra acoplada, con ópticas de acoplamiento de fibra robustas (por ejemplo, una conexión de fibra soldada con láser permanente) integrada en el paquete del láser. Las fibras y técnicas utilizadas difieren mucho para diferentes láseres de diodo:

El caso más simple es el de un VCSEL (láser que emite la superficie de la cavidad vertical), que generalmente emite un haz con alta calidad de haz, divergencia de haz moderada, sin astigmatismo y un perfil de intensidad circular. Una simple lente esférica es suficiente para obtener imágenes del punto de emisión al núcleo de una fibra monomodo. La eficiencia de acoplamiento puede ser del orden del 70-80%. También es posible acoplar directamente (acoplar a tope) la fibra a la superficie emisora del VCSEL.

Los diodos láser pequeños que emiten bordes también se emiten en un solo modo espacial, por lo que en principio también permiten un acoplamiento eficiente a una fibra monomodo. Sin embargo, la eficiencia del acoplamiento puede degradarse significativamente por la elipticidad del haz, si se usa una lente esférica simple. Además, la divergencia del haz es relativamente alta en al menos una dirección, lo que requiere una lente con una apertura numérica relativamente alta. Otro problema es el astigmatismo de la salida del diodo, particularmente para diodos guiados por ganancia; esto se puede compensar con una lente cilíndrica débil adicional. Con potencias de salida de hasta unos pocos cientos de milivatios, los LD guiados por ganancia acoplados a la fibra se pueden utilizar para, por ejemplo, bombear amplificadores de fibra dopados con erbio.

Los diodos láser de área amplia son multimodo espacialmente en la dirección larga del emisor. Si un haz circular se conforma simplemente con una lente cilíndrica (por ejemplo, una lente de fibra, vea la Figura 3) y luego se lanza a una fibra multimodo, se perderá una gran cantidad de brillo, porque la alta calidad de haz en la dirección del eje rápido no puede ser utilizado Un poder de, por ejemplo. Se puede lanzar 1 W en una fibra multimodo con un diámetro de núcleo de 50 μm y una apertura numérica (NA) de 0,12. Esto es suficiente, por ejemplo. para bombear un láser a granel de baja potencia, p. ej. Láser de amicrochip. Incluso una potencia lanzada de 10 W es posible.

Una técnica mejorada para los láseres de área amplia se basa en la remodelación del haz para obtener una calidad de haz simetrizado (y no solo el radio de haz simetrizado) antes del lanzamiento. Eso permite un mayor brillo.

Para las barras de diodos (matrices de diodos), el problema de la calidad del haz asimétrico es aún más grave. Aquí, las salidas de los emisores individuales se pueden acoplar en fibras separadas de un haz de fibras. Las fibras están dispuestas en una matriz lineal en el lado de la barra de diodos, pero como una matriz circular en el extremo de salida. Alternativamente, se puede usar algún tipo de conformador de haz para simetrizar la calidad del haz antes de lanzarlo en una sola fibra multimodo. Esto se puede hacer, por ejemplo. Con una moldeadora de haz de dos espejos o con algunos elementos microópticos. Es posible, por ejemplo. para acoplar 30 W en una fibra con un diámetro de núcleo de 200 μm (o incluso 100 μm) y un NA de 0.22. Un dispositivo de este tipo se puede usar para, por ejemplo, bombear un láser Nd: YAG o Nd: YVO4 con aproximadamente 15 W de potencia de salida.

Para las pilas de diodos, se utilizan fibras con diámetros de núcleo aún mayores. Es posible, por ejemplo. para acoplar cientos de vatios (o incluso varios kilovatios) de potencia óptica en una fibra con un diámetro de núcleo de 600 μm y NA = 0.22.

Inconvenientes de acoplamiento de fibra

Algunas desventajas potenciales de los láseres de diodo acoplados a la fibra, en comparación con los láseres de emisión en el espacio libre, son:

1. El costo es más alto. Sin embargo, esto se puede compensar con los ahorros que se obtienen al procesar y entregar el haz más simple.
   La potencia de salida se reduce ligeramente, y lo más importante es el brillo. La pérdida de brillo puede ser sustancial (más de un orden de magnitud) o bastante pequeña, dependiendo de la técnica de acoplamiento de fibra. En algunos casos, esto puede no importar, pero en otros casos presenta desafíos significativos, por ejemplo. para el diseño de un láser a granel bombeado por diodos o un láser de fibra de alta potencia.
   En la mayoría de los casos (particularmente con fibras multimodo), la fibra no mantiene la polarización. La salida de la fibra normalmente estará parcialmente polarizada, y el estado de polarización puede cambiar cuando la fibra se mueve o la temperatura cambia. Esto puede causar problemas sustanciales de estabilidad en los láseres de estado sólido bombeados por diodos cuando la absorción de la bomba depende de la polarización (como en, por ejemplo, Nd: YVO4).